Processus thermodynamiques dans la atmosph re
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Processus thermodynamiques dans la ’atmosphère. Les transformations isobares Le réchauffement matinal et le refroidissement nocturne qui constituent l'oscillation journalière normale de la température de l'air dans les basses couches. Les transformations adiabatiques

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Processus thermodynamiques dans la ’atmosphère

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Presentation Transcript


Processus thermodynamiques dans la ’atmosphère

  • Les transformations isobares

    • Le réchauffement matinal et le refroidissement nocturne qui constituent l'oscillation journalière normale de la température de l'air dans les basses couches.

  • Les transformations adiabatiques

    • Il s'agit essentiellement des détentes ou des compressions subies par les particules atmosphériques au cours de leurs mouvement verticaux.


  • Détente/compression adiabatique

    q=0

    <

    700 mb

    Détente

    Tfd

    Ti

    Ti

    État initial

    800 mb

    q=0

    900 mb

    Compression

    Tfc

    >

    Ti


    En admettant que l'air est un gaz parfait, et par définition de processus adiabatique, les deux expressions mathématiques du premier principe de la thermodynamique prennent la forme:

    Transformation adiabatique


    Transformation adiabatique

    En éliminant dT entre ces deux équations:


    Transformation adiabatique

    comme p et sont des variables d'état, cette équation

    peut être intégrée facilement entre deux états 1 et 2,

    en considérant le processus adiabatique.

    ou


    Transformation adiabatique:équations de Poisson


    Température potentielle

    Les variations de température subies par la particule pendant

    les mouvements verticaux peuvent être calculées

    en utilisant les équations de Poisson.


    Température potentielle

    On définit alors la température potentielle d'une

    particule d ’air sec comme la température que cet air

    a après avoir subit une transformation adiabatique

    telle que sa pression finale est de p0, un niveau de

    pression choisi comme référence


    Température potentielle

    En physique de l'atmosphère la température potentielle est

    usuellement exprimée en Kelvin et le niveau de référence

    choisit est le niveau de 1000 mb.

    avec p en mb.


    Détente/compression adiabatique

    q=0

    700 mb

    Détente

    Tfd

    <

    Ti

    < i

    <

    i

    Ti

    État initial

    900 mb

    q=0

    >

    1000 mb

    Compression

    Tfc= i

    Ti


    Changement de la température potentielle


    Changement de la température potentielle


    Premier principe

    Dans le cas d ’un gaz parfait cp est constant et alors,

    Cette équation constitue une autre forme de la

    première loi de la thermodynamique.


    Deuxième principe de la thermodynamique

    Le premier principe de la thermodynamique est une

    affirmation de l'équivalence des diverses formes

    d'énergie et de la conservation de celle-ci.

    Le deuxième principe de la thermodynamique permet

    de savoir quelles sont les transformations possibles

    parmi celles qui conservent l'énergie.


    Deuxième principe

    Un système e tendance à se placer dans la situation de désordre maximum car c ’est cette situation qui se produit du plus grande nombre de façons.


    Deuxième principe

    Lors d ’un processus spontanée, le désordre de l ’univers augmente


    Deuxième principe: selon la thermodynamique

    Le deuxième principe de la thermodynamique s'énonce

    comme suit: pour toute transformation réversible dans

    système fermé, le rapport:

    est la différentielle exacte d'une fonction d'état

    S appelée entropie du système.


    Deuxième principe

    On a donc dans le cas d'une transformation

    infinitésimale réversible,

    Et par unité de masse


    Deuxième principe

    Enceinte adiabatique

    État final

    État initial

    Q = ?

    S2-S1 =?


    Deuxième principe

    Pour toute transformation irréversible d'un système fermé

    on a:

    Posons:

    est par définition la chaleur non compensée de Clausius


    Deuxième principe

    La variation d ’entropie pendant un processus quelconque est:


    Deuxième loi

    Transformation réversible:

    Transformation irréversible:

    Transformation impossible:


    Changement d ’entropie: processus réversible

    Au cours d ’une transformation réversible,

    la première et la deuxième loi de la

    thermodynamique conduisent à:


    Changement d ’entropie: processus réversible

    Ou encore:


    Changement d ’entropie: changement de phase

    À température et à pression constantes on a:


    Usage conjoint du premier et deuxième principe

    Premier principe:

    Conjoint

    Deuxième principe:


    Énergie libre de GibbsLa 2ème loi à température et pression constantes

    Énergie libre de Gibbs


    Processus quelconque: Possible? Spontané?

    Pour utiliser la deuxième loi de la

    thermodynamique en pratique,

    il faut calculer s et le comparer à

    Comment calculer s quand le procédé est

    irréversible ?

    N ’oubliez pas que l ’entropie est une variable d ’état:

    sa variation ne dépend que de l ’état initial et de

    l ’état final!


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