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3.0: Exercícios de lição de casa - Geociências


B1 (§). P da Internet e plotar o resultado em uma cópia do diagrama termodinâmico deste capítulo.

B2. Para uma estação meteorológica superior perto de você (ou para um local especificado pelo seu instrutor), obtenha uma sonda recente já traçada da Internet. Encontre a isotérmica de fundo e as linhas isobáricas e compare sua disposição com o diagrama (Figura 3.4) neste capítulo. Aprenderemos mais sobre outros formatos de diagramas térmicos no capítulo Estabilidade atmosférica.

B3. Use a internet para obter as temperaturas da sua cidade e também de uma cidade a cerca de 100 km a favor do vento. Também obtenha as velocidades do vento em ambas as cidades e faça uma média. Use esta velocidade média para calcular a contribuição da advecção para o aquecimento local no ar entre essas duas cidades.

B4. Use a Internet para adquirir um mapa do tempo ou outro boletim meteorológico que mostre a temperatura do ar observada próxima à superfície pouco antes do nascer do sol no seu local (ou em outro local especificado pelo seu instrutor). Para o mesmo local, encontre um mapa ou relatório da temperatura no meio da tarde. A partir dessas duas observações, calcule a taxa de mudança de temperatura durante esse período de tempo. Além disso, descreva qualitativamente quais termos no orçamento de calor Euleriano podem ser maiores. (Dica: se houver vento, talvez a advecção seja importante. Se o céu estiver limpo, a transferência de calor do solo aquecido pelo sol pode ser importante. Acesse outros mapas meteorológicos conforme necessário para determinar qual processo físico é mais importante para a mudança de temperatura.)

B5. Use a Internet para adquirir um mapa do tempo local de temperatura aparente, como sensação térmica no inverno ou índice de calor (ou humidex) no verão. Se o mapa cobre sua localização, compare a sensação do ar para você com a temperatura aparente no mapa.

B6. Use a internet para adquirir imagens de 4 tipos diferentes de sensores de temperatura (não 4 modelos do mesmo tipo de sensor).

A1. Encontre a mudança no calor sensível (entalpia) (J) possuído por 3 kg de ar que aquece __ ° C.

uma. 1b. 2c. 3d. 4e. 5f. 6
g. 7h. 8eu. 9j. 10k. 11m. 12

A2. Encontre o calor específico Cp de ar úmido com proporção de mistura de vapor de água (gvapor/ gseco ar) de:

uma. 0,010b. 0,012c. 0,014d. 0,016e. 0,018f. 0,020
h. 0,022eu. 0,024j. 0,026k. 0,028m. 0,030

A3. Encontre a mudança no calor latente (J) para condensação de ___ kg de vapor d'água.

uma. 0,2b. 0,4c. 0,6d. 0,8e. 1.0f. 1,2
g. 1,4h. 1,6eu. 1,8j. 2.0k. 2,2m. 2,4

A4. Encontre a mudança de temperatura (° C) do ar dados os seguintes valores de transferência de calor e mudança de pressão, assumindo a densidade do ar de 1,2 kg m–3.

∆q (J kg–1)∆P (kPa)
uma.5005
b.10005
c.15005
d.20005
e.25005
f.30005
g.50010
h.100010
eu.150010
j.200010
k.250010
m.300010

A5. Encontre a mudança na temperatura (° C) se um pacote de ar subir as seguintes distâncias enquanto experimenta os valores de transferência de calor dados abaixo.

∆q (J kg–1)∆z (km
uma.5000.5
b.10000.5
c.15000.5
d.20000.5
e.25000.5
f.30000.5
g.5001
h.10001
eu.15001
j.20001
k.25001
m.30001

A6. Dada a seguinte mudança de temperatura ∆T (° C) através de uma diferença de altura de ∆z = 4 km, encontre a taxa de lapso (° C km–1):

uma. 2b. 5c. 10d. 20e. 30f. 40
g. 50h. -2eu. –5j. –10k. –20m. –30

A7. Encontre a temperatura final (° C) de um pacote de ar com a seguinte temperatura inicial e mudança de altura, para um processo adiabático.

Tinicial (° C)∆z (km)
uma.150.5
b.15–1.0
c.151.5
d.15–2.0
e.152.5
f.15–3.0
g.50.5
h.5–1.0
eu.51.5
j.5–2.0
k.52.5
m.5–3.0

A8. Usando as equações (não usando o diagrama térmico), encontre a temperatura final (° C) do ar seco em uma pressão final, se ela começa com a temperatura e pressão iniciais fornecidas. (Suponha que seja adiabático.)

Tinicial (° C)Pinicial (kPa)Pfinal(kPa)
uma.510080
b.510050
c.58050
d.580100
e.06080
f.06050
g.08040
h.080100
eu.–159080
j.–159050
k.–157050
m.–1570100

A9. Igual à pergunta anterior, mas use o diagrama térmico Figura 3.4.

A10. Dado ar com temperatura e altitude conforme listado abaixo, use fórmulas (não diagramas térmicos) para calcular a temperatura potencial. Mostre todas as etapas em seus cálculos.

z (m)T (° C)
uma.40030
b.80020
c.1,10010
d.1,5005
e.2,0000
f6,000–50
g.10,000–90
h.–3035
eu.7003
j.1,300–5
k.4005
m.2,000–20

A11. Igual ao exercício anterior, mas encontre a temperatura potencial virtual do ar úmido. Use uma proporção de mistura de vapor de água de 0,01 gvapor/ gar seco se a temperatura do ar estiver acima de zero, use 0,0015 gvapor/ gseco ar se a temperatura do ar estiver abaixo de zero. Suponha que o ar não contenha gelo ou água líquida.

A12. Dado ar com temperatura e pressão conforme listado abaixo, use fórmulas (não diagramas térmicos) para calcular a temperatura potencial. Mostre todas as etapas em seus cálculos.

P (kPa)T (° C)
uma.9030
b.8020
c.11010
d.705
e.850
f.40–45
g.20–90
h.10535
eu.753
j.60–5
k.655
m.50–20

A13. Igual ao exercício anterior, mas use o diagrama térmico Figura 3.4.

A14. Em vez de equações, use a Fig 3.4 para encontrar a temperatura real do ar (° C) dada:

P (kPa)θ (° C)
uma.10030
b.8030
c.6030
d.9010
e.7010
f.5010
g.80–10
h.50–10
eu.2050

A15 (§). Use uma planilha para calcular e plotar um diagrama térmico semelhante à Figura 3.4, mas com: linhas de grade isotérmicas a cada 10 ° C e adiabats secos a cada 10 ° C de –50 ° C a 80 ° C.

A16. Encontre a taxa de mudança de temperatura (° C h–1) em um sistema de coordenadas Euleriano sem fonte de calor interna, dados os valores de divergência de fluxo cinemático abaixo. Suponha que ∆x = ∆y = ∆z = 1 km.

∆Fx (K · m s–1)∆Fy (K · m s–1)∆Fz (K · m s–1)
uma.123
b.12–3
c.1–23
d.1–2–3
e.–123
f.–12–3
g.–1–23
h.–1–2–3

A17. Dado o gradiente de vento e temperatura, encontre o valor do gradiente de fluxo advectivo cinemático (° C h–1).

V (m s–1)∆T / ∆y (° C 100 km)
uma.5–2
b.52
c.10–5
d.105
e.–5–2
f.–52
g.–10–5
h.–105

A18. Dado o gradiente de vento e temperatura, encontre o valor do gradiente de fluxo advectivo cinemático (° C h–1).

W (m s–1)∆T / ∆z (° C km–1)
uma.5–2
b.52
c.10–5
d.10–10
e.–5–2
f.–52
g.–10–5
h.–10–10

A19. Encontre o valor do fluxo condutor Fz cond (W m–2) dada uma mudança de temperatura absoluta com a altura (T2 - T1 = valor abaixo) ao longo de uma distância (z2 - z1 = 1 m):

uma. -1b. -2c. -3d. -4e. –5f. –6g. –7
h. 1eu. 2j. 3k. 4m. 5n. 6o. 7

A20. Encontre o fluxo de calor turbulento de superfície eficaz (° C · m s–1) sobre uma floresta para velocidade do vento de 10 m s–1, temperatura do ar de 20 ° C e temperatura da superfície (° C) de

uma. 21b. 22c. 23d. 24e. 25f. 26g. 27
h. 19eu. 18j. 17k. 16m. 15n. 14o. 13

A21. Encontre o fluxo de calor cinemático efetivo na superfície em um dia calmo, para uma escala de velocidade de flutuação de 50 m s–1, uma temperatura potencial de camada mista de 25 ° C e com uma temperatura potencial de superfície (° C) de:

uma. 26b. 28c. 30d. 32e. 34f. 36g. 38
h. 40eu. 42j. 44k. 46m. 48n. 50

A22. Encontre o fluxo de calor cinemático efetivo na superfície em um dia calmo, para uma velocidade de Deardorff de 2 ms–1, uma temperatura potencial de camada mista de 24 ° C e com uma temperatura potencial de superfície (° C) de:

uma. 50

A23. Para ar seco, encontre a escala de velocidade de flutuabilidade, dada uma temperatura potencial de camada mista de 25 ° C, uma profundidade de camada mista de 1,5 km e com uma temperatura potencial de superfície (° C) de:

uma. 27b. 30c. 33d. 36
e. 40f. 43g. 46h. 50

A24. Para ar seco, encontre a velocidade de Deardorff w * para um fluxo de calor cinemático efetivo na superfície de 0,2 K · m s–1, temperatura do ar de 30 ° C e profundidade de camada mista (km) de:

uma. 0,4b. 0,6c. 0,8d. 1.0
e. 1,2f. 1,4g. 1,6h. 1,8

A25. Encontre o valor da divergência vertical do fluxo de calor cinemático, se o fluxo no topo de uma camada de ar de 200 m de espessura é 0,10 K · m s–1, e fluxo (K · m s–1) na parte inferior é:

uma. 0,18c. 0,16d. 0,14
e. 0,12f. 0,10g. 0,08h. 0,06

A26. Dados os valores do fluxo de calor superficial efetivo e da profundidade da camada limite para o dia durante o tempo bom, qual é o valor do gradiente vertical de fluxo turbulento?

FH (K · m · s–1)zeu (km)
uma.0.252.0
b.0.151.5
c.0.11.0
d.0.030.3
e.0.080.3
f.0.120.8
g.0.151.0
h.0.251.5

A27. Dado um ambiente pré-tempestade onde a temperatura varia linearmente de 25 ° C na superfície da Terra a -60 ° C a 11 km (tropopausa). Qual é o valor do gradiente vertical do fluxo turbulento (K s–1) para uma altitude (km) de:

uma. 0,1b. 0,5c. 1d. 1,5e. 2f. 2,5g. 3
h. 3,5eu. 4j. 5k. 6m. 7n. 8o. 11

A28. Encontre o valor máximo médio da troposfera do fluxo de calor (K · m s–1) para uma atmosfera tempestuosa, onde a troposfera tem 11 km de espessura e a temperatura do ar no topo da troposfera é igual à temperatura do ar de uma atmosfera padrão. Mas a temperatura do ar (° C) no solo é:

uma. 16b. 17c. 18d. 19e. 20f. 21g. 22
h. 23eu. 24j. 25k. 26m. 27n. 28o. 29

A29. Encontre a taxa de aquecimento latente (° C h–1) calculada em média sobre a troposfera para uma tempestade quando a taxa de chuva (mm h–1) é:

uma. 0,5b. 1c. 1,5d. 2e. 2,5f. 3g. 3,5
h. 4eu. 4,5j. 5,5m. 6n. 6,5o. 7

A30. Dado abaixo do fluxo radiativo líquido (W m–2) alcançando a superfície, encontre a soma dos fluxos de calor sensível e latente (W m–2) na superfície. (Dica: determine se é dia ou noite pelo sinal do fluxo radiativo.)

uma. –600b. –550c. –500d. –450e. –400
f. -350g. –300h. -250eu. –200j. -150
k. –100m. –50n. 50o. 100p. 150

A31. Igual ao problema anterior, mas estime os valores dos fluxos de calor sensível e latente (W m – 2) assumindo uma razão de Bowen de:

A32. Suponha que você montou instrumentos em uma torre para observar a temperatura T e a proporção de mistura r em duas alturas na camada de superfície (25 m inferiores da atmosfera) conforme mostrado abaixo. Se uma radiação líquida de –500 W m–2 também foi medido naquele local, em seguida, estimar os valores dos valores de superfície efetivos do fluxo de calor sensível e fluxo de calor latente.

índicez (m)T (° C)r (gvapor/kgar
210T210
122015

onde T2 (° C) é:

uma. 13,5b. 13c. 12,5d. 12e. 11,5f. 11
g. 10,5h. 10eu. 9,5j. 9k. 8,5m. 8

A33. Não apenas uma pessoa parada pode sentir a sensação térmica quando o vento sopra, mas uma pessoa em movimento com um vento calmo também pode sentir a sensação térmica, porque o mais importante é a velocidade do ar em relação à velocidade do corpo. Se você se mover na velocidade indicada abaixo através do ar calmo de temperatura fornecida abaixo, você sentiria um arrepio pelo vento de que temperatura aparente? Dado: M (m s–1), T (° C).

uma. 5, 5b. 10, 5c. 15, 5d. 20, 5e. 25, 5
f. 30, –10g. 25, –10h. 20, –10eu. 15, –10j. 10, –10

A34 (§). Modifique eqs. (3.64) para usar as temperaturas de entrada e saída em Fahrenheit e as velocidades do vento em milhas por hora. Calcule valores suficientes para traçar um gráfico semelhante ao da Fig 3.12, mas nessas novas unidades.

A35. Encontre a temperatura aparente do índice de calor (° C) para uma temperatura do ar real de 33 ° C e uma umidade relativa (%) de:

uma. 5b. 10c. 20d. 30e. 50g. 60
h. 70eu. 75j. 80k. 85m. 90n. 90

A36. Encontre a temperatura do ar aparente do Humidex (° C) para uma temperatura real do ar de 33 ° C e um ponto de orvalho (° C) de:

uma. 32,5b. 32c. 31d. 29f. 28g. 26eu. 25j. 23k. 20m. 10o. 5

E1. Suponha que 1 kg de água líquida inicialmente a 15 ° C esteja em um recipiente isolado. Em seguida, você adiciona 1 kg de gelo no recipiente. O gelo derrete e a água líquida fica mais fria. Eventualmente, um equilíbrio final é alcançado. Descreva o que você acaba com este equilíbrio final?

E2. Explique em suas próprias palavras porque as unidades de calor específico Cp (J · kg–1· K–1) são ligeiramente diferentes das unidades para o fator de calor latente L (J · kg–1) (Dica: leia a caixa de INFORMAÇÕES sobre energia interna.)

E3. Explique em suas próprias palavras porque a magnitude de Cp deve ser maior do que a magnitude de Cv. (Dica: leia a caixa INFO em Cp vs. Cv).

E4. Considere a caixa INFO em Cp vs. Cv, com a Figura 3I.3c representando um estado inicial de equilíbrio. Suponha que você adicione algum peso ao pistão na Fig (c), fazendo com que o pistão fique mais baixo para atingir um novo equilíbrio, mas nenhuma energia térmica é adicionada (∆q = 0). Descreva o que aconteceria com: (a) as moléculas em média, (b) a temperatura do gás no cilindro, (c) a densidade do ar no cilindro e (d) a pressão do ar no cilindro.

E5. Para a Primeira Lei da Termodinâmica (eq. 3.4d), cujo (s) termo (s) são zero para um processo que é:

uma. adiabáticob. isotérmicoc. isobárico

E6. Comece com eq. (3.4) e usar álgebra para derivar a equação (3.5). O que você precisa presumir para fazer essa derivação? O resultado tem alguma limitação?

E7. Para a Figura 3.2, especule sobre outros processos não listados que podem afetar a temperatura do ar-pacote.

E8. Usando a Figura 3.3, explique em suas próprias palavras a diferença entre uma taxa de lapso de processo e uma taxa de lapso ambiental. Ambos podem existir com valores diferentes na mesma altura? Por quê?

E9. Eq. (3.7) nos diz que a temperatura de uma parcela de ar adiabaticamente crescente diminuirá linearmente com o aumento da altura. Em suas próprias palavras, explique por que você NÃO esperaria que o mesmo processo fizesse a temperatura diminuir linearmente com a diminuição da pressão.

E10. Se uma parcela de ar aumenta isotermicamente (ou seja, o calor é adicionado ou subtraído para manter a temperatura constante), o que aconteceria com a temperatura potencial da parcela de ar à medida que sobe?

E11. Os ventos Chinook (também conhecidos como ventos foehn) consistem em ar descendo a encosta sotavento de uma montanha e, em seguida, continuando a alguma distância através do vale ou planície vizinho. Por que os ventos de Chinook geralmente esquentam quando atingem o vale? (Dica: considere a descida adiabática de uma parcela aérea.)

E12. Na definição de temperatura potencial virtual, por que gotas de água líquida e cristais de gelo fazem com que o ar atue mais pesado (ou seja, temperatura potencial virtual mais fria), mesmo que essas partículas estejam caindo pelo ar?

E13. Primeiro faça uma fotocópia da Figura 3.4, para que você possa manter o Thermo Diagram original limpo. a) Na cópia, plote o perfil de temperatura vertical para uma atmosfera padrão, conforme definido no Capítulo 1. Suponha que esse perfil padrão represente o ar ambiente de fundo.

b) Neste mesmo diagrama, plante um ponto representando uma parcela de ar em (P, T) = (100 kPa, 15 ° C). Se você elevar adiabaticamente esta parcela para 50 kPa, qual é sua nova temperatura?

c) A temperatura do pacote é 50 kPa mais quente ou mais fria do que o ambiente nessa mesma pressão?

E14 (§). Para uma atmosfera padrão (consulte o Capítulo 1), calcule a temperatura potencial θ em z = 0, 2, 4, 6, 8, 10 km de altitudes. Trace θ ao longo do eixo inferior ez ao longo do eixo vertical.

E15 (§). Os diagramas térmicos geralmente têm muitos tipos diferentes de linhas sobrepostas. Por exemplo, no diagrama de fundo T vs. log-P da Figura 3.4 é plotado apenas um tipo de linha: os adiabats secos. Em vez desses adiabats, comece com o mesmo plano de fundo de um diagrama T vs. log-P, mas, em vez disso, desenhe linhas conectando pontos de altura igual (chamados contorno linhas). Para calcular essas retas, use a equação hipsométrica do capítulo 1 para resolver para P vs. (z, T). Faça isso para os contornos z = 2, 4, 6, 8, 10 km, onde para qualquer altura, insira diferentes valores de T para encontrar os valores correspondentes de P que definem o contorno.

E16. Para que a advecção seja uma contribuição positiva (ou seja, causando aquecimento) e para o vento que está em uma direção de coordenada positiva, explique por que o gradiente de temperatura correspondente deve ser negativo.

E17. Suponha que o ar ameno (20 ° C a 10 m de altitude) repouse sobre um oceano quente (26 ° C na superfície), causando convecção (reviravolta vertical do ar). Se não houver vento horizontal médio, qual o valor do fluxo de calor efetivo na superfície? Suponha uma camada mista de 1200 m de espessura com estado termodinâmico médio de r = 0,01 gvapor / gair e θ = 15 ° C.

E18. A luz viaja mais rápido no ar quente do que no frio. Use esta informação, junto com a Figura 3.7, para explicar por que miragens inferiores (reflexos do céu) são visíveis em superfícies quentes, como estradas de asfalto. (Dica: considere uma frente de onda que está se movendo principalmente horizontalmente, mas também ligeiramente para baixo em um pequeno ângulo em relação à superfície da estrada, e acompanhe o movimento de avanço de cada parte dessa frente de onda - um método óptico conhecido como Princípio de Huygens. Consulte detalhes no capítulo de Óptica atmosférica.)

E19. Em que condições os eqs. (3,34 - 3,35) deverá falhar? Por quê?

E20. Use eqs. (3.37) e (3.39) para resolver o fluxo de calor em função da diferença de temperatura.

E21. Na Figura 3.8, o fluxo de calor é maior na altura onde há não mudança no perfil de temperatura vertical antes e depois de uma tempestade. Por que deveria ser esse o caso?

E22. Com que rapidez a temperatura do ar muda, se apenas se o único processo termodinâmico ativo fosse o resfriamento por infravermelho direto?

E23. Em uma tempestade, a quantidade de condensação de água na troposfera costuma ser muito maior do que a quantidade de chuva que atinge o solo. Por que isso acontece e como isso pode afetar o orçamento de calor calculado em toda a profundidade da tempestade?

E24. (3.51) tem quais limitações?

E25. Comente sobre as forças relativas de aquecimento advectivo vs. latente em um sistema Euleriano, dado V = 5 m s–1, ∆T / ∆y = –5 ° C / 1000km e 1 g / kg de água condensa a cada 5 minutos.

E26. Crie figuras semelhantes à Figura 3.9, mas para:

a) durante o dia sobre uma estrada de concreto branco,

b) estrada de asfalto negro noturno.

E27. Às vezes, é dito que o fluxo de calor condutor para o solo é uma resposta às forças radiativas na superfície. Essa afirmação é compatível com a parametrização bruta apresentada neste livro para o fluxo para o solo? Explique.

E28. Qual é a taxa inicial de mudança da temperatura média do ar de camada mista com a distância horizontal a favor do vento se o ar está inicialmente 5 ° C mais frio que a água, dado que o ar sopra sobre a água a uma velocidade de 15 m s–1? Considere o arrastamento para o topo da camada mista, mas negligencie outros processos de aquecimento ou resfriamento.

E29. As parametrizações (eqs. 3,58 - 3,61) podem realmente fornecer um balanço de calor equilibrado? Para quais situações essas parametrizações são válidas?

E30. (§). Suponha que usamos a eq de transferência de calor. (3.35) como base para derivar a sensação térmica. O resultado pode ser uma relação diferente de sensação térmica:

( begin {align} T _ { text {wind chill}} = T_ {s} + left (T _ { text {air}} - T_ {s} right) cdot left [b + a cdot left ( frac {M + M_ {o}} {M_ {o}} right) ^ {0,16} right] + T_ {c} tag {3,67} end {align} )

onde Ts = 34,6 ° C é uma temperatura efetiva da pele, e onde, a = 0,5, b = 0,62, Tc = 4,2 ° C e Mo = 4,8 km h–1. Trace essa equação como um gráfico semelhante à Figura 3.12 e comente sobre a diferença entre a fórmula acima e a fórmula de sensação térmica real.

E31. Observe na Figura 3.12 que as curvas se dobram mais para velocidades lentas do vento. Por que você espera que seja esse o caso?

S1. Descreva a mudança no oceano se a condensação causou resfriamento e a evaporação causou aquecimento do ar. Suponha que haja ar seco acima do oceano.

S2. Suponha que o calor latente zero esteja associado às mudanças de fase da água. Descreva as possíveis mudanças no clima e tempo, se houver.

S3. Descreva a mudança na atmosfera se as parcelas de ar em ascensão tornaram-se mais quentes adiabaticamente, enquanto as em declínio tornaram-se mais frias.

S4. Suponha que para cada elevação de 1 km de uma parcela aérea, a parcela se mistura com uma massa igual de ar ambiente circundante. Como a taxa de lapso de processo para esta parcela de ar ascendente seria diferente (se fosse) da taxa de lapso de uma parcela de ar ascendente adiabaticamente (sem mistura).

S5. A macro termodinâmica (o tipo que usamos neste capítulo) considera o estado estatístico de uma grande coleção de moléculas que frequentemente colidem umas com as outras e como elas interagem, em média, com seus arredores. Essa mesma macro termodinâmica pode ser usada na exosfera, onde as moléculas de ar individuais estão muito distantes (ou seja, têm um grande caminho livre de média) e raramente interagem? Por quê? Além disso, explique como os orçamentos de calor podem ser usados ​​na exosfera.

S6. Poderia haver situações em que as taxas de lapso ambiental e de processo são iguais? Se sim, dê alguns exemplos.

S7. Suponha que a temperatura potencial virtual não seja afetada pela quantidade de água sólida ou líquida no ar. Como o tempo e o clima mudariam, se é que mudariam?

S8. O plano de fundo do diagrama térmico da Figura 3.4 é uma grade ortogonal, onde as isotermas são plotadas perpendicularmente às isóbaras. Suponha que você planeje um novo diagrama térmico com os adiabats secos perpendiculares às isóbaras. Nesse diagrama, como as isotérmicas seriam desenhadas? Para responder a isso, faça um esboço desse novo diagrama, mostrando as isóbaras, adiabatas e isotérmicas. (Faça isso como um exercício conceitual, não resolvendo equações para obter números.)

S9. Descreva as mudanças no equilíbrio de calor da superfície da Terra se a crosta geológica fosse de alumínio de 1 km de espessura (um excelente condutor de calor) cobrindo toda a Terra.

S10. Suponha que você esteja em um trem movendo-se em linha reta em velocidade constante. Você faz medições do ar ambiente ao redor à medida que o trem se move pela linha.

a) Se o ar ambiente estava calmo, você acha que suas medidas são eulerianas, lagrangianas ou nenhuma das duas? Explique.

b) Se o ar ambiente estava se movendo em qualquer velocidade ou direção arbitrária, você acha que suas medições são eulerianas, lagrangianas ou nenhuma? Explique.

c) Tente criar uma equação de orçamento de calor que funcione no framework, dada sua velocidade constante de translação de Mo.

S11. Descreva como a estrutura atmosférica, o clima e o clima mudariam se a troposfera fosse completamente transparente para toda a radiação IV, mas fosse principalmente opaca para a radiação solar.

S12. Descreva como os erros nas estimativas de fluxo de calor latente e sensível à superfície aumentariam à medida que as diferenças de temperatura e umidade entre os dois níveis de medição se aproximassem de zero.

S13. O conceito de sensação térmica mostra como é mais frio quando está girando. Para situações em que a sensação térmica é muito mais baixa do que a temperatura real do ar, a que temperatura um motor de automóvel resfriará depois de desligado? Por quê? (Suponha que o carro está estacionado do lado de fora e exposto ao vento.)

Aplicativo de amostra

[Este exemplo se aplica às eqs. 3.1 e 3.3, mas foi colocado aqui na última página do capítulo porque não havia espaço para isso no início do capítulo.]

Quanto orvalho deve condensar nas laterais de uma lata de refrigerante para que ela aqueça o refrigerante de 1 ° C a 16 ° C?

Dicas: Negligencie a capacidade de calor da lata de metal. A densidade da água líquida é 1000 kg · m–3. Suponha que a densidade do refrigerante seja igual à da água pura. Suponha que o volume de uma lata seja de 354 ml (mililitros), onde 1 l = 10–3 m3.

Encontre a resposta

Dado: ρagua = 1000 kg · m–3.

Cliq = 4200 J · kg–1· K–1

Volume (Vol) em lata = 354 ml

eucond = + 2,5x106 J · kg–1

∆T = 15 K

Encontrar: Volume de condensado

Equacione a liberação de calor latente pela condensação de vapor de água (eq. 3.3) com o calor sensível ganho pelo fluido na lata (eq. 3.1)

∆QE = ∆QH

ρcondensado· (∆Vol de Condensado) · Lcond = ρrefrigerante· (Vol de Can) · Cliq· ∆T

Suponha que a densidade do condensado e do refrigerante sejam iguais, então eles se cancelam. A equação pode então ser resolvida para ∆Volume de Condensado.

∆Volume de condensado = (Vol de lata) · Cliq· ∆T Lcond = (354 ml) · (4200 J · kg–1· K–1) · (15 K) (2,5x106 J · kg–1) = 8,92 ml

Verificar: Unidades OK. Sketch OK. Física OK.

Exposição: Os calores latentes são tão grandes que uma quantidade de água equivalente a apenas 2,5% do volume da lata precisa condensar do lado de fora para aquecer a lata em 15 ° C. Portanto, para manter a lata resfriada, isole a parte externa para evitar a condensação do orvalho.


Assista o vídeo: UCEM Lição 52 - Revisão - Lições 6 10 - Comentários (Outubro 2021).