Атмосферадағы энергияның түрленуі

Пән: География
Жұмыс түрі: Реферат
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 6 бет
Таңдаулыға:

Жоспар:

I. Кіріспе

II. Негізгі бөлім

а. Атмосферадағы энергияның түрленуі

б. Атмосфера энергетикасы және циркуляция

III. Қорытынды

Пайдаланған әдебиеттер

Қорытынды сұрақтар

Кіріспе

Атмосфера-теңіз-құрлық жүйесіндегі толық энергия, метеорология үшін маңызды, белгілі бір уақыт аралығында, оның ішінде болжау жұмыстары үшін, өзгеріссіз қалады. Радиацияны жұту мен шағылдыру мүмкіндігін және температура алқабын анықтайтын, атмосфера мен төселме бетінің жаһандық қасиеттері, әлемдік кеңістікке ұзынтолқынды сәуленің шашуы күннен қысқа толқынды радиация түрінде келетін энергияның жоғалуының қарқындылығын шарттайды. Осылайша, энергетикалық тұрғыдан жүйе тұйық деп қарастырылуы мүмкін. Ондағы үздіксіз қозғалыстар кеңістік пен уақыт бойынша келетін сәулелі энергияның біртексіз таралуымен қамтамасыздандырылған. Атмосфералық процесстердің қайтымсыздығының нәтижесінде энергияның өсуін қамтамасыздандыратын теріс энтропияның генерациясы осы жолмен жүзеге асырылады.

Атмосферадағы энергияның түрленуі

Атмосферада болып жатқан күрделі тізбекке энергия айналуының тұйықталған циклі сай келеді, ол өзіне атмосфера ішіндегі энергия айналуын және атмосфера, мұхит және құрлық арасындағы энергия айналымын қосады. Қарастырылған жүйедегі, энергияның кейбір түрлері, атмосфераның динамикасында айтарлықтай рөл атқармайды. Мысалы, электр және магнит өрістерінің энергиялары. Ол дегеніміз, бұл энергиялар, энергия айналымының цикліне қатыспайды. Қандай-да бір нақты процесстің энергетикасын қарастырған кезде, әдетте, ол энергия айналымының жалпы циклінде тек жеке буын болып табылатынын көруге болады. Энергияның жеке түрлері ғана өзгеріске ұшырайды, ал қалғаны өзгермейді және оның механизміне де аздаған әсер етеді. Осылайша, мысалы, термикалық конвекция кезінде ішкі және потенциалды энергиялардың, вертикальді қозғалыстардың кинетикалық энергиясына айналуы жүреді, ал горизонтальді қозғалыстардың кинетикалық энергиясы аз өзгереді. Қарастырылатын жоспарда термикалық конвекция вертикальді қозғалыстардың кинетикалық энергиясы потенциалды және ішкі энергияның қорының әсерінен пайда болатын термодинамикалық машина болып табылады. Осылайша, түрленуге ұшырайтын энергия түрлері процесстің спецификасын сипаттайды. Атмосферадағы нақты бір энергияның түрі кейде процесстің болжама критерийі ретінде қолданыла алады. Энергетиканың қызығушылық танытылуына байланысты келесі жайт теориялық метеорологиядағы есептердің формулировкасымен байланысты. Қарастырылатын жоспарда термикалық конвекция вертикальді қозғалыстардың кинетикалық энергиясы потенциалды және ішкі энергияның қорының әсерінен пайда болатын термодинамикалық машина болып табылады. Теңдеулерді нашар оңайлатудағы қайнар көздер, жел жылдамдығының шексіз өсуіне және басқа метеорологиялық алқаптардың бұрмалауына алып келеді.

Атмосфера энергетикасы және циркуляция

Атмосферадағы нақты бір энергияның түрі кейде процесстің болжама критерийі ретінде қолданыла алады. Энергетиканың қызығушылық танытылуына байланысты келесі жайт теориялық метеорологиядағы есептердің формулировкасымен байланысты. Энергияның метеорологиялық тиімді нысандары мыналар: $Е_{к}$ -негізгі қозғалыстың кинетикалық энергиясы, $Е_{П}$ -потенциалды гравитациялық энергия, $Е_{і}$ -ішкі энергия, $Е_{Т}$ = b - турбуленттік пульсацияның кинетикалық энергиясы, $Е_{q}$ - фазалық су өткелдерінің жасырын жылу энергиясы болып табылады . Бірлік ауа массасы үшін ол мынаған тең:

$Е_{К} = \left( \overline{U^{2}} + \overline{V^{2\ \ }} + \overline{W^{2}}\ \ \right) /2$ , $Е_{П} = gz$ , $Е_{і}$ = $c_{V}$ T,

$Е_{Т} = \left( {U'}^{2\ } + {V'}^{2\ } + {W'}^{2} \right) /\ 2$ , $Е_{q}$ =Lq .

Бірлік ауа бағанының қимасына сәйкес келетін төменгі және жоғарғы шеттерінің түрлері интеграл бойынша жазылуы мүмкін(қысым бойынша) :

$Е_{i} = \oint_{0}^{\infty}E_{i}$ pdz = $\frac{1}{g}$ $\int_{0}^{p_{0}}E_{i}$ dp

Ішкі және потенциалды энергиялардың сомасын құбылмалы энергия деп те атаған жағымды. Құбылмалы энергия күн радиациясының ағының әсерінен қалыптасады. Шамамен $\frac{2}{3}$ игерілген күн радиациясы атмосфераның жылынуына және белсенді беткі қабатына барады және $\frac{1}{3}$ ылғалдылықтың булануына кетеді. Бірақ, құбылмалы энергияның тек кішкентай ғана атмосфералық құбылыстың кинетикалық энергиясының генерациясына шығындалады. Осыған байланысты Э. Лоренц құбылмалы қолжетімді энергия түсінігін енгізді оны көбінесе потенциалды қолжетімді энергия деп атайды. Одан адиабатты процесстер арқылы кинетикалық энергияға айнала алатын құбылмалы энергияның бөлігі түсіндіріледі. А. Оортаның бағалауына сәйкес, құбылмалы қолжетімді энергияның үлесіне бүкіл Жер атмосферасының құбылмалы энергиясының 0, 2%-ы тиесілі. Атмосфераның кинетикалық энергиясы құбылмалы қолжетімді энергияның төрттен бір бөлігі болып табылады. Ауа бағаны үшін көлденең қимасының ауданы біртекті горизонталь ауа массасына атмосфераның төмен шегінен бастап жоғарғы шегіндегі потенциалдардың қатынасы $\frac{E_{П}}{E_{В}}$ болады.

ЕПЕВ=∫0∞gρzdzCV∫0∞Tρdz\frac{Е_{П}}{Е_{В}} = \frac{\int_{0}^{\infty}{g\rho zdz}}{C_{V\int_{0}^{\infty}{T\ \rho dz}}}

Мұндағы, T-температура, 𝜌- тығыздық, g-ауырлық күшінің жылдамдығы, $С_{V}$ -тұрақты көлемдегі нақты жылу. 1-ші функциясының алымын бөліктеп интегралдау арқылы, атмосфера статикасының теңдеуін табамыз:

$\int_{0}^{\infty}{g\rho zdz = - \int_{(z = 0) }^{(z = \infty) }{zdp}} = - (zp) \left\{ \begin{array}{r} (z = \infty) \\ (z = 0) \end{array} \right. \ + \ \int_{0}^{\infty}{pdz = R\int_{0}^{\infty}{T\rho dz}}$

Сонда $\frac{En}{Eв}$ = $\frac{R}{Cv\ }$ = $\frac{Cp - Cv}{Cv}$ = 0, 41. Яғни ішкі энергияның көлбеу біртекті ауа массасының 41% потенциальды энергия құрайды (Дайнс теоремасы) .

(2) формулаға сүйене отырып потенциальды және ішкі энергия мынаған тең:

$E_{n}$ + $E_{в}$ = (R + $C_{v}$ ) $\int_{0}^{\infty}{Tpdz\ }$ = $C_{p}\int_{0}^{\infty}{Tpdz}$ , (3)

Мұнда $С_{p}$ - тұрақты қысым кезіндегі меншікті жылусыйымдылық.

(3) формуладағы теңдеуді және статиканы қолдана отырып мынаны алуға болады:

$E_{n}{+ \ E}_{в}$ = $\frac{С_{р}}{R}\int_{0}^{\infty}{pdz\ = \ }\frac{С_{р}}{g}\int_{0}^{Р_{0}}{Tdp\ = \ }\frac{1}{\gamma\ a\ }\int_{0}^{Р_{0}}{Tdp. }$ (4)

Сонда ( $E_{n} + \ E_{в}$ ) өзгеруі тең болады:

$\frac{\partial\ (E_{n} + \ E_{в}) }{\partial t}$ = $\frac{С_{р}}{R}\int_{0}^{\infty}\frac{\partial p}{\partial z}dz$ . (5)

Бірлік уақытта бірлік бағанда кинетикалық энергияның келесі мөлшері турбулеттік энергияға ауысады:

$\frac{\partial E_{k}}{\partial t}$ = $\int_{0}^{\infty}k$ [( ${\frac{\partial U}{\partial z}) }^{2}$ + ( ${\frac{\partial V}{\partial z}) }^{2}$ ] p $d$ z

Теоремалардың көмегімен циркуляцияның жылдамдығы тікелей бриз және муссон құбылыстары сияқты түсіндіріледі. Бірінші болып, судың тегіс емес тәуліктік жылынуымен байланысты, екіншісі маусымдық болып табылады. Циркуляцияның жылдамдығы Г әрпімен көлемді білдіреді :

Г =ᶑ V dl =V l

Циркуляция жылдамдығы бароклиндік есебімен :

$\frac{dГ}{dt}$ =R∆T ln $\frac{p + \mathrm{\Delta}p}{p}$ ≈R∆T $\frac{\mathrm{\Delta}p}{p}$ =A

V L=Г=A*t Г =t=0

Циркуляцияның жылдамдығы күш бойынша:

$\frac{dГ}{dt}$ =-nГ

Мұндағы:n-күштік коэффициент n≥0;

Циркуляция жылдамдығы байқалуы үшін бароклиндік және күш әсер етеді:

Vl=Г= $\frac{A}{n}$ (1-e)

Соңғы теңдеуден күштің әсер етуін байқаймыз: t-∞, Г-А/n.

Қорытынды:

Қорыта келе, Атмосфера-теңіз-құрлық жүйесіндегі толық энергия, метеорология үшін маңызды, белгілі бір уақыт аралығында, оның ішінде болжау жұмыстары үшін, өзгеріссіз қалады. Радиацияны жұту мен шағылдыру мүмкіндігін және температура алқабын анықтайтын, атмосфера мен төселме бетінің жаһандық қасиеттері, әлемдік кеңістікке ұзынтолқынды сәуленің шашуы күннен қысқа толқынды радиация түрінде келетін энергияның жоғалуының қарқындылығын шарттайды. Осылайша, энергетикалық тұрғыдан жүйе тұйық деп қарастырылуы мүмкін. Ондағы үздіксіз қозғалыстар кеңістік пен уақыт бойынша келетін сәулелі энергияның біртексіз таралуымен қамтамасыздандырылған. Атмосфералық процесстердің қайтымсыздығының нәтижесінде энергияның өсуін қамтамасыздандыратын теріс энтропияның генерациясы осы жолмен жүзеге асырылады. Атмосферада болып жатқан күрделі тізбекке энергия айналуының тұйықталған циклі сай келеді, ол өзіне атмосфера ішіндегі энергия айналуын және атмосфера, мұхит және құрлық арасындағы энергия айналымын қосады. Қарастырылған жүйедегі, энергияның кейбір түрлері, атмосфераның динамикасында айтарлықтай рөл атқармайды. Мысалы, электр және магнит өрістерінің энергиялары. Ол дегеніміз, бұл энергиялар, энергия айналымының цикліне қатыспайды. Қандай-да бір нақты процесстің энергетикасын қарастырған кезде, әдетте, ол энергия айналымының жалпы циклінде тек жеке буын болып табылатынын көруге болады. Энергияның жеке түрлері ғана өзгеріске ұшырайды, ал қалғаны өзгермейді және оның механизміне де аздаған әсер етеді. Осылайша, мысалы, термикалық конвекция кезінде ішкі және потенциалды энергиялардың, вертикальді қозғалыстардың кинетикалық энергиясына айналуы жүреді, ал горизонтальді қозғалыстардың кинетикалық энергиясы аз өзгереді. Қарастырылатын жоспарда термикалық конвекция вертикальді қозғалыстардың кинетикалық энергиясы потенциалды және ішкі энергияның қорының әсерінен пайда болатын термодинамикалық машина болып табылады. Осылайша, түрленуге ұшырайтын энергия түрлері процесстің спецификасын сипаттайды.

... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.