أكثر

3.0: تمارين الواجب المنزلي - علوم الأرض

3.0: تمارين الواجب المنزلي - علوم الأرض


B1 (§). P من الإنترنت ، وقم برسم النتيجة على نسخة من الرسم البياني الديناميكي الحراري من هذا الفصل.

B2. بالنسبة لمحطة الطقس العلوية القريبة منك (أو لموقع محدد من قبل معلمك) ، احصل على صوت حديث تم تخطيطه بالفعل من الإنترنت. ابحث عن خطوط متساوي الحرارة وخطوط متساوية في الخلفية ، وقارن ترتيبها مع الرسم التخطيطي (الشكل 3.4) في هذا الفصل. سوف نتعلم المزيد عن تنسيقات الرسوم البيانية الحرارية الأخرى في فصل استقرار الغلاف الجوي.

ب 3. استخدم الإنترنت لمعرفة درجات الحرارة في مدينتك وأيضًا في بلدة تبعد حوالي 100 كيلومتر عن اتجاه الريح منك. احصل أيضًا على سرعة الرياح في كلتا المدينتين وخذ متوسطًا. استخدم متوسط ​​السرعة هذا لحساب مساهمة التأفق في التدفئة المحلية في الهواء بين هاتين المدينتين.

ب 4. استخدم الإنترنت للحصول على خريطة الطقس أو أي تقرير آخر عن الطقس يعرض درجة حرارة الهواء بالقرب من السطح الملحوظة قبل شروق الشمس في موقعك (أو في مكان آخر يحدده معلمك). لنفس الموقع ، ابحث عن خريطة أو تقرير عن درجة الحرارة في منتصف بعد الظهر. من هاتين الملاحظتين ، احسب معدل تغير درجة الحرارة خلال تلك الفترة الزمنية. أيضًا ، صِف نوعياً أي المصطلحات في ميزانية الحرارة في أويلر قد تكون الأكبر. (تلميح: إذا كان الطقس عاصفًا ، فربما يكون التأخير في الاتجاه المعاكس مهمًا. إذا كانت السماء صافية ، فقد يكون نقل الحرارة من الأرض المسخنة بالطاقة الشمسية أمرًا مهمًا. يمكنك الوصول إلى خرائط الطقس الأخرى حسب الحاجة لتحديد العملية الفيزيائية الأكثر أهمية لتغيير درجة الحرارة.

ب 5. استخدم الإنترنت للحصول على خريطة الطقس المحلية لدرجة الحرارة الظاهرة ، مثل برودة الرياح في الشتاء أو مؤشر الحرارة (أو humidex) في الصيف. إذا كانت الخريطة تغطي موقعك ، فقارن شعور الهواء تجاهك مقابل درجة الحرارة الظاهرة على الخريطة.

ب 6. استخدم الإنترنت للحصول على صور لأربعة أنواع مختلفة من أجهزة استشعار درجة الحرارة (وليس 4 نماذج من نفس النوع من أجهزة الاستشعار).

أ 1. أوجد التغير في الحرارة المعقولة (المحتوى الحراري) (J) التي يمتلكها 3 كجم من الهواء تسخن بمقدار __ درجة مئوية.

أ. 1ب. 2ج. 3د. 4ه. 5F. 6
ز. 7ح. 8أنا. 9ي. 10ك. 11م. 12

أ 2. أوجد الحرارة النوعية جص من الهواء الرطب الذي يحتوي على نسبة خلط بخار الماء (gبخار/ زجاف هواء) من:

أ. 0.010ب. 0.012ج. 0.014د. 0.016ه. 0.018F. 0.020
ح. 0.022أنا. 0.024ي. 0.026ك. 0.028م. 0.030

A3. أوجد التغير في الحرارة الكامنة (J) لتكثيف ___ كجم من بخار الماء.

أ. 0.2ب. 0.4ج. 0.6د. 0.8ه. 1.0F. 1.2
ز. 1.4ح. 1.6أنا. 1.8ي. 2.0ك. 2.2م. 2.4

A4. أوجد التغير في درجة حرارة الهواء (درجة مئوية) مع الأخذ في الاعتبار القيم التالية لانتقال الحرارة وتغير الضغط ، بافتراض أن كثافة الهواء تبلغ 1.2 كجم م–3.

∆q (J كجم–1)∆P (كيلو باسكال)
أ.5005
ب.10005
ج.15005
د.20005
ه.25005
F.30005
ز.50010
ح.100010
أنا.150010
ي.200010
ك.250010
م.300010

A5. ابحث عن التغير في درجة الحرارة (درجة مئوية) إذا ارتفع طرد الهواء للمسافات التالية أثناء اختبار قيم نقل الحرارة الواردة أدناه.

∆q (J كجم–1)∆z (كم
أ.5000.5
ب.10000.5
ج.15000.5
د.20000.5
ه.25000.5
F.30000.5
ز.5001
ح.10001
أنا.15001
ي.20001
ك.25001
م.30001

أ 6. بالنظر إلى التغير التالي في درجة الحرارة ∆T (° C) عبر فرق ارتفاع قدره z = 4 كم ، أوجد معدل الزوال (° C كم–1):

أ. 2ب. 5ج. 10د. 20ه. 30F. 40
ز. 50ح. –2أنا. –5ي. - 10ك. - 20م. –30

أ 7. ابحث عن درجة الحرارة النهائية (درجة مئوية) لطرد الهواء مع درجة الحرارة الأولية التالية وتغير الارتفاع ، من أجل عملية ثابتة الحرارة.

تيمبدئي (درجة مئوية)∆z (كم)
أ.150.5
ب.15–1.0
ج.151.5
د.15–2.0
ه.152.5
F.15–3.0
ز.50.5
ح.5–1.0
أنا.51.5
ي.5–2.0
ك.52.5
م.5–3.0

أ 8. باستخدام المعادلات (وليس باستخدام الرسم البياني الحراري) ، أوجد درجة الحرارة النهائية (° C) للهواء الجاف عند الضغط النهائي ، إذا كانت تبدأ بدرجة الحرارة والضغط الأوليين كما هو محدد. (افترض ثابت ثابت.)

تيمبدئي (درجة مئوية)صمبدئي (كيلو باسكال)صنهائي(كيلو باسكال)
أ.510080
ب.510050
ج.58050
د.580100
ه.06080
F.06050
ز.08040
ح.080100
أنا.–159080
ي.–159050
ك.–157050
م.–1570100

أ 9. مثل السؤال السابق ، ولكن استخدم الرسم البياني الحراري الشكل 3.4.

أ 10. بالنظر إلى الهواء بدرجة الحرارة والارتفاع كما هو مذكور أدناه ، استخدم الصيغ (وليس المخططات الحرارية) لحساب درجة الحرارة المحتملة. اعرض كل الخطوات في حساباتك.

ض (م)T (درجة مئوية)
أ.40030
ب.80020
ج.1,10010
د.1,5005
ه.2,0000
F6,000–50
ز.10,000–90
ح.–3035
أنا.7003
ي.1,300–5
ك.4005
م.2,000–20

أ 11. مثل التمرين السابق ، لكن ابحث عن درجة الحرارة المحتملة الافتراضية للهواء الرطب. استخدم نسبة خلط بخار الماء 0.01 جمبخار/ زهواء جاف إذا كانت درجة حرارة الهواء أعلى من درجة التجمد ، استخدم 0.0015 جمبخار/ زجاف هواء إذا كانت درجة حرارة الهواء أقل من درجة التجمد. افترض أن الهواء لا يحتوي على جليد أو ماء سائل.

أ 12. بالنظر إلى الهواء بدرجة الحرارة والضغط كما هو مذكور أدناه ، استخدم الصيغ (وليس المخططات الحرارية) لحساب درجة الحرارة المحتملة. اعرض كل الخطوات في حساباتك.

P (كيلو باسكال)T (درجة مئوية)
أ.9030
ب.8020
ج.11010
د.705
ه.850
F.40–45
ز.20–90
ح.10535
أنا.753
ي.60–5
ك.655
م.50–20

أ 13. مثل التمرين السابق ، ولكن استخدم الرسم البياني الحراري الشكل 3.4.

أ 14. بدلاً من المعادلات ، استخدم الشكل 3.4 لإيجاد درجة حرارة الهواء الفعلية (درجة مئوية) على النحو التالي:

P (كيلو باسكال)θ (درجة مئوية)
أ.10030
ب.8030
ج.6030
د.9010
ه.7010
F.5010
ز.80–10
ح.50–10
أنا.2050

أ 15 (§). استخدم جدول بيانات لحساب ورسم مخطط حراري مشابه للشكل 3.4 ولكن مع: خطوط شبكة متساوية الحرارة كل 10 درجات مئوية ، وأديباتات جافة لكل 10 درجات مئوية من -50 درجة مئوية إلى 80 درجة مئوية.

أ 16. أوجد معدل تغير درجة الحرارة (° C · h–1) في نظام إحداثيات Eulerian بدون مصدر حرارة داخلي ، بالنظر إلى قيم تباعد التدفق الحركي أدناه. افترض ∆x = y = ∆z = 1 كم.

∆Fx (K · m s–1)∆Fy (K · m s–1)∆Fz (K · m s–1)
أ.123
ب.12–3
ج.1–23
د.1–2–3
ه.–123
F.–12–3
ز.–1–23
ح.–1–2–3

أ 17. بالنظر إلى انحدار الرياح ودرجة الحرارة ، أوجد قيمة انحدار التدفق التصاعدي الحركي (° C · h–1).

الخامس (م ث–1)∆T / ∆y (° C 100 كم)
أ.5–2
ب.52
ج.10–5
د.105
ه.–5–2
F.–52
ز.–10–5
ح.–105

أ 18. بالنظر إلى تدرج الرياح ودرجة الحرارة ، أوجد قيمة انحدار التدفق التصاعدي الحركي (° C · h–1).

W (م ث–1)∆T / ∆z (° C كم–1)
أ.5–2
ب.52
ج.10–5
د.10–10
ه.–5–2
F.–52
ز.–10–5
ح.–10–10

أ 19. أوجد قيمة التدفق الموصل Fض الشرط (دبليو م–2) نظرًا لتغير درجة الحرارة المطلقة مع الارتفاع (T2 - ت1 = القيمة أدناه) عبر مسافة (z2 - ض1 = 1 م):

أ. -1ب. –2ج. –3د. –4ه. –5F. –6ز. –7
ح. 1أنا. 2ي. 3ك. 4م. 5ن. 6ا. 7

أ 20. أوجد التدفق الحراري المضطرب السطحي الفعال (° C · m · s–1) فوق غابة للرياح بسرعة 10 م ث–1، ودرجة حرارة الهواء 20 درجة مئوية ، ودرجة حرارة السطح (درجة مئوية) من

أ. 21ب. 22ج. 23د. 24ه. 25F. 26ز. 27
ح. 19أنا. 18ي. 17ك. 16م. 15ن. 14ا. 13

أ 21. أوجد التدفق الحراري الحركي الفعال على السطح في يوم هادئ ، لمقياس سرعة طفو 50 m s–1، درجة حرارة محتملة للطبقة المختلطة تبلغ 25 درجة مئوية ، مع درجة حرارة سطح محتملة (درجة مئوية):

أ. 26ب. 28ج. 30د. 32ه. 34F. 36ز. 38
ح. 40أنا. 42ي. 44ك. 46م. 48ن. 50

أ 22. ابحث عن التدفق الحراري الحركي الفعال على السطح في يوم هادئ ، بسرعة ديردورف تبلغ 2 مللي ثانية–1، درجة حرارة محتملة للطبقة المختلطة تبلغ 24 درجة مئوية ، مع درجة حرارة سطح محتملة (درجة مئوية):

أ. 50

أ 23. بالنسبة للهواء الجاف ، أوجد مقياس سرعة الطفو ، بالنظر إلى درجة الحرارة المحتملة للطبقة المختلطة البالغة 25 درجة مئوية ، وعمق الطبقة المختلطة 1.5 كم ، ودرجة حرارة السطح المحتملة (درجة مئوية):

أ. 27ب. 30ج. 33د. 36
ه. 40F. 43ز. 46ح. 50

أ 24. بالنسبة للهواء الجاف ، ابحث عن سرعة Deardorff w * لتدفق حراري حركي فعال على سطح 0.2 K · m s–1، ودرجة حرارة الهواء 30 درجة مئوية ، وعمق الطبقة المختلطة (كم) من:

أ. 0.4ب. 0.6ج. 0.8د. 1.0
ه. 1.2F. 1.4ز. 1.6ح. 1.8

أ 25. أوجد قيمة الاختلاف العمودي لتدفق الحرارة الحركي ، إذا كان التدفق في أعلى طبقة هواء بسمك 200 m يساوي 0.10 K · m · s–1، والتدفق (K · m · s–1) في الأسفل:

أ. 0.18ج. 0.16د. 0.14
ه. 0.12F. 0.10ز. 0.08ح. 0.06

أ 26. بالنظر إلى قيم التدفق الحراري السطحي الفعال وعمق الطبقة الحدودية خلال النهار أثناء الطقس المعتدل ، ما هي قيمة التدرج الرأسي للتدفق المضطرب؟

Fح (K · m · s–1)ضأنا (كم)
أ.0.252.0
ب.0.151.5
ج.0.11.0
د.0.030.3
ه.0.080.3
F.0.120.8
ز.0.151.0
ح.0.251.5

أ 27. بالنظر إلى بيئة ما قبل العاصفة حيث تختلف درجة الحرارة خطيًا من 25 درجة مئوية على سطح الأرض إلى -60 درجة مئوية عند 11 كم (تروبوبوز). ما هي قيمة الانحدار العمودي للتدفق المضطرب (K s–1) لارتفاع (كم) من:

أ. 0.1ب. 0.5ج. 1د. 1.5ه. 2F. 2.5ز. 3
ح. 3.5أنا. 4ي. 5ك. 6م. 7ن. 8ا. 11

أ 28. أوجد القيمة القصوى في منتصف طبقة التروبوسفير لتدفق الحرارة (K · m s–1) لجو عاصف ، حيث يبلغ سمك طبقة التروبوسفير 11 كم ، ودرجة حرارة الهواء في الجزء العلوي من طبقة التروبوسفير تساوي درجة حرارة الهواء في الغلاف الجوي القياسي. لكن درجة حرارة الهواء (° C) على الأرض هي:

أ. 16ب. 17ج. 18د. 19ه. 20F. 21ز. 22
ح. 23أنا. 24ي. 25ك. 26م. 27ن. 28ا. 29

أ 29. أوجد معدل التسخين الكامن (درجة مئوية ح–1) متوسط ​​فوق التروبوسفير لعاصفة رعدية عند معدل هطول الأمطار (مم ح–1) هو:

أ. 0.5ب. 1ج. 1.5د. 2ه. 2.5F. 3ز. 3.5
ح. 4أنا. 4.5ي. 5.5م. 6ن. 6.5ا. 7

أ 30. أدناه صافي التدفق الإشعاعي (W · m–2) للوصول إلى السطح ، أوجد مجموع تدفقات الحرارة المعقولة والكامنة (W · m–2) على السطح. (تلميح: حدد ما إذا كان نهارًا أم ليلًا من خلال علامة التدفق الإشعاعي.)

أ. - 600ب. –550ج. - 500د. - 450ه. - 400
F. –350ز. - 300ح. - 250أنا. –200ي. - 150
ك. - 100م. - 50ن. 50ا. 100ص. 150

أ 31. مثل المشكلة السابقة ، لكن قم بتقدير قيم تدفقات الحرارة المعقولة والكامنة (W م -2) بافتراض نسبة بوين:

أ 32. لنفترض أنك قمت بتركيب أدوات على برج لمراقبة درجة الحرارة T ونسبة الخلط r عند ارتفاعين في الطبقة السطحية (أسفل 25 مترًا من الغلاف الجوي) كما هو موضح أدناه. إذا كان صافي الإشعاع –500 وات م–2 تم أيضًا قياسه في هذا الموقع ، ثم تقدير قيم القيم السطحية الفعالة لتدفق الحرارة المعقول وتدفق الحرارة الكامن.

فهرسض (م)T (درجة مئوية)ص (زvap/كلغهواء
210تي210
122015

اين2 (درجة مئوية) هو:

أ. 13.5ب. 13ج. 12.5د. 12ه. 11.5F. 11
ز. 10.5ح. 10أنا. 9.5ي. 9ك. 8.5م. 8

أ 33. لا يمكن للشخص الساكن أن يشعر ببرودة الرياح فقط عندما تهب الرياح ، ولكن الشخص المتحرك في ريح هادئة يمكن أن يشعر أيضًا ببرودة الرياح ، لأن الأهم هو سرعة الهواء بالنسبة لسرعة الجسم. إذا تحركت بالسرعة الموضحة أدناه من خلال هواء هادئ بدرجة حرارة مذكورة أدناه ، فستشعر ببرودة الرياح في أي درجة حرارة ظاهرة؟ معطى: M (m s–1) ، T (درجة مئوية).

أ. 5 ، 5ب. 10 ، 5ج. 15 ، 5د. 20 ، 5ه. 25 ، 5
F. 30 ، –10ز. 25 ، –10ح. 20 ، –10أنا. 15 ، –10ي. 10 ، –10

أ 34 (§). تعديل مكافئ. (3.64) لاستخدام درجات حرارة الإدخال والإخراج بالفهرنهايت وسرعات الرياح بالأميال في الساعة. احسب القيم الكافية لرسم رسم بياني مشابه للشكل 3.12 ولكن في هذه الوحدات الجديدة.

أ 35. أوجد مؤشر الحرارة الظاهر لدرجة الحرارة (درجة مئوية) لدرجة حرارة الهواء الفعلية البالغة 33 درجة مئوية والرطوبة النسبية (٪) لما يلي:

أ. 5ب. 10ج. 20د. 30ه. 50ز. 60
ح. 70أنا. 75ي. 80ك. 85م. 90ن. 90

أ 36. أوجد درجة حرارة الهواء الظاهرية لـ humidex (° C) لدرجة حرارة هواء فعلية تبلغ 33 ° C ودرجة حرارة نقطة الندى (° C) لـ:

أ. 32.5ب. 32ج. 31د. 29F. 28ز. 26أنا. 25ي. 23ك. 20م. 10ا. 5

ه 1. افترض أن 1 كجم من الماء السائل عند 15 درجة مئوية في وعاء معزول. ثم تضيف 1 كجم من الثلج في الحاوية. يذوب الجليد ويصبح الماء السائل أكثر برودة. في النهاية يتم الوصول إلى توازن نهائي. صف ما ينتهي بك الأمر في هذا التوازن النهائي؟

ه 2. اشرح بكلماتك الخاصة سبب استخدام وحدات الحرارة النوعية Cp (J · kg–1·ك–1) تختلف قليلاً عن وحدات معامل الحرارة الكامن L (J · kg–1). (تلميح: اقرأ مربع المعلومات حول الطاقة الداخلية.)

ه 3. اشرح بكلماتك الخاصة سبب ضخامة جص يجب أن يكون أكبر من حجم Cالخامس. (تلميح: اقرأ مربع INFO في Cص مقابل سيالخامس).

ه 4. ضع في اعتبارك مربع INFO الموجود على C.ص مقابل سيالخامس، حيث يمثل الشكل 3I.3c حالة أولية عند التوازن. لنفترض أنك أضفت بعض الوزن إلى المكبس في الشكل (ج) مما تسبب في انخفاض المكبس للوصول إلى توازن جديد ، ولكن لم تتم إضافة طاقة حرارية (∆q = 0). صف ما سيحدث لـ: (أ) الجزيئات في المتوسط ​​، (ب) درجة حرارة الغاز في الأسطوانة ، (ج) كثافة الهواء في الأسطوانة ، (د) ضغط الهواء في الأسطوانة.

ه 5. بالنسبة للقانون الأول للديناميكا الحرارية (مكافئ 3.4 د) ، ما المصطلح (المصطلحات) هو صفر لعملية هي:

أ. ثابت الحرارةب. متحاورج. متساوى الضغط

ه 6. ابدأ بـ eq. (3.4) واستخدم الجبر لاشتقاق المعادلة (3.5). ما الذي كنت بحاجة إلى افتراضه للقيام بهذا الاشتقاق؟ هل للنتيجة أي قيود؟

ه 7. بالنسبة للشكل 3.2 ، توقع العمليات الأخرى غير المدرجة والتي قد تؤثر على درجة حرارة طرد الهواء.

ه 8. باستخدام الشكل 3.3 ، اشرح بكلماتك الخاصة الفرق بين معدل زوال العملية ومعدل الزوال البيئي. هل يمكن أن يتواجد كلاهما بقيم مختلفة عند نفس الارتفاع؟ لماذا ا؟

ه 9. مكافئ. (3.7) يخبرنا أن درجة حرارة طرد الهواء المرتفع ثابتًا ستنخفض خطيًا مع زيادة الارتفاع. بكلماتك الخاصة ، اشرح لماذا لا تتوقع أن تؤدي نفس العملية إلى انخفاض درجة الحرارة خطيًا مع انخفاض الضغط.

ه 10. إذا ارتفعت درجة حرارة طرد الهواء (أي تمت إضافة الحرارة أو طرحها للحفاظ على درجة حرارة ثابتة) ، فماذا سيحدث لدرجة الحرارة المحتملة لطرد الهواء أثناء ارتفاعه؟

ه 11. تتكون رياح شينوك (المعروفة أيضًا باسم رياح فوهن) من الهواء الذي ينزل أسفل منحدر لي للجبل ثم يواصل مسافة ما عبر الوادي أو السهل المجاور. لماذا تكون رياح شينوك دافئة عادة عندما تصل إلى الوادي؟ (تلميح: ضع في اعتبارك النزول الثابت للطرد الجوي.)

E12. في تعريف درجة الحرارة المحتملة الافتراضية ، لماذا تتسبب قطرات الماء السائل وبلورات الجليد في جعل الهواء يعمل بشكل أثقل (أي درجة الحرارة المحتملة الأكثر برودة) ، على الرغم من سقوط هذه الجسيمات في الهواء؟

E13. قم أولاً بعمل نسخة من الشكل 3.4 ، بحيث يمكنك الحفاظ على الرسم التخطيطي الحراري الأصلي نظيفًا. أ) على النسخة ، ارسم ملف تعريف درجة الحرارة الرأسية لجو قياسي ، كما هو محدد في الفصل 1. افترض أن هذا المظهر الجانبي القياسي يمثل خلفية الهواء البيئي.

ب) في نفس المخطط ، ضع نقطة تمثل طردًا هوائيًا عند (P، T) = (100 kPa، 15 ° C). إذا رفعت هذا الطرد بشكل مؤقت إلى 50 كيلو باسكال ، فما درجة حرارته الجديدة؟

ج) هل درجة حرارة الطرد 50 كيلو باسكال أدفأ أم أبرد من البيئة عند نفس الضغط؟

E14 (§). بالنسبة للغلاف الجوي القياسي (انظر الفصل 1) ، احسب درجة الحرارة المحتملة θ عند ارتفاع z = 0 ، 2 ، 4 ، 6 ، 8 ، 10 كم. ارسم θ على طول المحور السفلي و z على طول المحور الرأسي.

E15 (§). غالبًا ما تحتوي المخططات الحرارية على أنواع مختلفة من الخطوط المتراكبة. على سبيل المثال ، في الخلفية T مقابل مخطط log-P للشكل 3.4 ، تم رسم نوع واحد فقط من الخط: adiabats الجافة. بدلاً من هذه الأدوات ، ابدأ بالخلفية نفسها لمخطط T مقابل مخطط log-P ، ولكن بدلاً من ذلك ارسم خطوطًا تربط نقاطًا متساوية الارتفاع (تسمى محيط شكل خطوط). لحساب هذه الخطوط ، استخدم معادلة قياس النقص من الفصل 1 لحل P مقابل (z ، T). افعل ذلك من أجل z = 2 ، 4 ، 6 ، 8 ، 10 كم ، حيث لأي ارتفاع واحد ، قم بتوصيل قيم مختلفة لـ T للعثور على القيم المقابلة لـ P التي تحدد المحيط.

E16. لكي يكون التألق مساهمة إيجابية (أي تسبب التسخين) وللرياح التي تكون في اتجاه إحداثيات إيجابي ، اشرح لماذا يجب أن يكون تدرج درجة الحرارة المقابل سالبًا.

E17. لنفترض أن الهواء المعتدل (20 درجة مئوية على ارتفاع 10 أمتار) يقع على قمة محيط دافئ (26 درجة مئوية على السطح) ، مما يتسبب في الحمل (انقلاب عمودي للهواء). إذا لم يكن هناك رياح أفقية متوسطة ، فما قيمة التدفق الحراري الفعال على السطح؟ افترض طبقة مختلطة بسمك 1200 م بمتوسط ​​حالة ديناميكية حرارية من r = 0.01 غفابور / جير و θ = 15 درجة مئوية.

E18. ينتقل الضوء في الهواء الدافئ أسرع منه في الجو البارد. استخدم هذه المعلومات ، جنبًا إلى جنب مع الشكل 3.7 ، لشرح السبب سراب أدنى (انعكاسات السماء) مرئية على الأسطح الساخنة مثل الطرق الإسفلتية. (تلميح: ضع في اعتبارك مقدمة موجة تتحرك في الغالب أفقيًا ، ولكن أيضًا إلى أسفل قليلاً بزاوية صغيرة بالنسبة لسطح الطريق ، وتتبع الحركة الأمامية لكل جزء من مقدمة الموجة - وهي طريقة بصرية تُعرف باسم مبدأ Huygens. انظر التفاصيل في فصل بصريات الغلاف الجوي.)

E19. تحت أي ظروف سيكون مكافئ. (3.34 - 3.35) من المتوقع أن تفشل؟ لماذا ا؟

E20. استخدم المعادلات. (3.37) و (3.39) لإيجاد قيمة التدفق الحراري كدالة لاختلاف درجة الحرارة.

E21. في الشكل 3.8 ، يكون تدفق الحرارة أكبر ما يكون عند الارتفاع حيث يوجد لا التغيير في ملف درجة الحرارة الرأسي من قبل العاصفة إلى ما بعده. لماذا يجب أن يكون الأمر كذلك؟

E22. ما مدى سرعة تغير درجة حرارة الهواء إذا كانت العملية الديناميكية الحرارية الوحيدة النشطة هي التبريد المباشر بالأشعة تحت الحمراء؟

E23. في حالة حدوث عاصفة رعدية ، غالبًا ما تكون كمية الماء المتكثف في طبقة التروبوسفير أكبر بكثير من كمية الأمطار التي تصل إلى الأرض. لماذا هذا ، وكيف يمكن أن يؤثر على الميزانية الحرارية على مدى عمق العاصفة الرعدية بأكملها؟

E24. (3.51) ما هي حدوده؟

E25. علق على القوة النسبية للتسخين التصاعدي مقابل التسخين الكامن في نظام أويلريان ، مع إعطاء V = 5 م ث–1، ∆T / ∆y = –5 ° C / 1000km ، و 1 جم / كجم من الماء يتكثف كل 5 دقائق.

E26. قم بإنشاء أرقام مشابهة للشكل 3.9 ، ولكن من أجل:

أ) النهار على طريق خرساني أبيض ،

ب) طريق الإسفلت الأسود ليلا.

E27. يقال أحيانًا أن تدفق الحرارة الموصلة إلى الأرض هو استجابة للتأثيرات الإشعاعية على السطح. هل هذا البيان متوافق مع المعايير الخام المقدمة في هذا الكتاب للتدفق إلى الأرض؟ يشرح.

E28. ما هو المعدل الأولي للتغير لمتوسط ​​درجة حرارة هواء الطبقة المختلطة بمسافة أفقية باتجاه اتجاه الريح إذا كان الهواء في البداية أبرد بمقدار 5 درجات مئوية من الماء ، علمًا بأن الهواء ينفخ فوق الماء بسرعة 15 مترًا في الثانية–1؟ ضع في اعتبارك الانجذاب إلى الجزء العلوي من الطبقة المختلطة ، لكن أهمل عمليات التسخين أو التبريد الأخرى.

E29. هل يمكن للمعلمات (مكافئ 3.58 - 3.61) إعطاء موازنة حرارة متوازنة؟ ما أنواع المواقف التي تكون هذه المعلمات صالحة؟

E30. (§). افترض أننا استخدمنا مكافئ نقل الحرارة. (3.35) كأساس لاشتقاق برودة الرياح. قد تكون النتيجة علاقة مختلفة بالبرد:

( start {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} )

اينس = 34.6 درجة مئوية درجة حرارة الجلد فعالة ، وحيث أ = 0.5 ، ب = 0.62 ، تيج = 4.2 درجة مئوية ، و M.ا = 4.8 كم ساعة–1. ارسم هذه المعادلة كرسم بياني مشابه للشكل 3.12 ، وعلق على الفرق بين الصيغة أعلاه والمعادلة الفعلية لبرد الهواء.

E31. لاحظ في الشكل 3.12 أن المنحنيات تنحني أكثر من غيرها لسرعات الرياح البطيئة. لماذا تتوقع أن يكون هذا هو الحال؟

S1. صف التغيير في المحيط إذا تسبب التكثف في التبريد والتبخر في تسخين الهواء. افترض وجود هواء جاف فوق المحيط.

S2. افترض أن الحرارة الكامنة الصفرية كانت مرتبطة بتغيرات طور الماء. صف التغيرات المحتملة في المناخ والطقس ، إن وجدت؟

S3. صف التغيير في الغلاف الجوي إذا أصبحت الطرود الهوائية الصاعدة أكثر دفئًا بدرجة حرارة ثابتة بينما أصبحت الطرود الغارقة أكثر برودة.

4 س. افترض أنه لكل 1 كم ارتفاع لطرد الهواء ، يختلط الطرد بكتلة متساوية من الهواء المحيط. كيف سيكون معدل زوال العملية لطرد الهواء الصاعد مختلفًا (إن وجد) عن معدل زوال طرد الهواء الصاعد (بدون خلط).

S5. تأخذ الديناميكا الحرارية الكلية (النوع الذي استخدمناه في هذا الفصل) في الاعتبار الحالة الإحصائية لمجموعة كبيرة من الجزيئات التي تتصادم بشكل متكرر مع بعضها البعض ، وكيف تتفاعل في المتوسط ​​مع محيطها. هل يمكن استخدام الديناميكا الحرارية الكلية نفسها في الغلاف الخارجي ، حيث تكون جزيئات الهواء الفردية متباعدة جدًا (أي لها مسار كبير خالٍ من المتوسط) ونادرًا ما تتفاعل؟ لماذا ا؟ اشرح أيضًا ما إذا كان يمكن استخدام ميزانيات الحرارة في الغلاف الخارجي.

S6. هل يمكن أن تكون هناك حالات تكون فيها معدلات الزوال البيئي والعملية متساوية؟ إذا كان الأمر كذلك ، أعط بعض الأمثلة.

S7. افترض أن درجة الحرارة المحتملة الافتراضية لم تتأثر بكمية الماء الصلب أو السائل في الهواء. كيف سيتغير الطقس والمناخ ، على كل حال؟

S8. خلفية الرسم التخطيطي الحراري للشكل 3.4 عبارة عن شبكة متعامدة ، حيث يتم رسم متساوي الحرارة بشكل عمودي على خطوط متساوية الضغط. لنفترض أنك ستبتكر مخططًا حراريًا جديدًا باستخدام الأديباتات الجافة المتعامدة مع خطوط متساوية الضغط. في مثل هذا الرسم البياني ، كيف يمكن رسم متساوي الحرارة؟ للإجابة على هذا ، ارسم مخططًا تخطيطيًا لهذا المخطط الجديد ، موضحًا خطوط تساوي الضغط ، والأديابات ، ومتساوي الحرارة. (افعل هذا كتمرين مفاهيمي ، وليس عن طريق حل المعادلات للحصول على أرقام.)

S9. صف التغييرات في توازن حرارة سطح الأرض إذا كانت القشرة الجيولوجية عبارة عن ألومنيوم بسمك كيلومتر واحد (موصل ممتاز للحرارة) تغطي الأرض بأكملها.

S10. افترض أنك كنت في قطار يتحرك في خط مستقيم بسرعة ثابتة. تقوم بعمل قياسات للهواء المحيط بينما يتحرك القطار على المسار.

أ) إذا كان الهواء البيئي هادئًا ، فهل تعتقد أن قياساتك هي Eulerian أو Lagrangian أم لا؟ يشرح.

ب) إذا كان الهواء البيئي يتحرك في أي سرعة أو اتجاه عشوائي ، فهل تعتقد أن قياساتك هي Eulerian أو Lagrangian أم لا؟ يشرح.

ج) حاول إنشاء معادلة موازنة حرارية تعمل في إطار العمل ، نظرًا لسرعتك الثابتة في ترجمة Mا.

S11. صف كيف سيتغير هيكل الغلاف الجوي والمناخ والطقس إذا كانت طبقة التروبوسفير شفافة تمامًا لجميع الأشعة تحت الحمراء ، ولكنها كانت في الغالب معتمًا للإشعاع الشمسي.

S12. صف كيف ستزداد الأخطاء في تقديرات تدفق الحرارة المحسوسة والكامنة للسطح مع اقتراب الاختلافات في درجة الحرارة والرطوبة بين مستويي القياس من الصفر.

S13. يوضح مفهوم الرياح الباردة كيف تشعر بالبرودة عندما تكون اللفاف. في الحالات التي يكون فيها برودة الرياح أبرد بكثير من درجة حرارة الهواء الفعلية ، إلى أي درجة حرارة سيبرد محرك السيارة بعد إيقاف تشغيله؟ لماذا ا؟ (افترض أن السيارة متوقفة بالخارج ومعرضة للرياح).

تطبيق العينة

[تنطبق هذه العينة على المعادلات. 3.1 و 3.3 ، ولكن تم وضعهما هنا في الصفحة الأخيرة من الفصل لأنه لم يكن هناك مكان لهما في وقت سابق في الفصل.]

ما مقدار الندى الذي يجب أن يتكثف على جوانب علبة صودا حتى يسخن الصودا من 1 درجة مئوية إلى 16 درجة مئوية؟

تلميحات: إهمال السعة الحرارية للعلبة المعدنية. كثافة الماء السائل 1000 كغم م–3. افترض أن كثافة الصودا تساوي كثافة الماء النقي. افترض أن حجم العلبة هو 354 مل (مليلتر) ، حيث 1 لتر = 10–3 م3.

أوجد الإجابة

المعطى: ρماء = 1000 كجم · م–3.

جliq = 4200 جول · كجم–1·ك–1

الحجم (الحجم) في العلبة = 354 مل

إلالشرط = + 2.5x106 J · كجم–1

∆T = 15 ك

البحث: حجم المكثف

يعادل إطلاق الحرارة الكامنة عن طريق تكثيف بخار الماء (مكافئ 3.3) بالحرارة المعقولة المكتسبة بواسطة السائل الموجود في العلبة (مكافئ 3.1)

سه = ∆Qح

ρالمكثفات· (∆ حجم المكثفات) · لامالشرط = ρمشروب غازي· (مجلد العلبة) · جliq· ∆T

افترض أن كثافة المكثفات والصودا متساوية ، لذا فإنهما يلغيان. يمكن بعد ذلك حل المعادلة لـ "حجم المكثف".

∆ حجم المكثف = (حجم العلبة) · جliq· ∆T L.الشرط = (354 مل) · (4200 جول · كغم–1·ك–1) · (15 كلفن) (2.5 × 106 ج · كغم.)–1) = 8.92 مل

الشيك: الوحدات جيدة. رسم جيد. الفيزياء جيدة.

معرض: درجات الحرارة الكامنة كبيرة جدًا لدرجة أن كمية الماء التي تعادل 2.5٪ فقط من حجم العلبة تحتاج إلى التكثيف من الخارج لتدفئة العلبة بمقدار 15 درجة مئوية. وبالتالي ، للحفاظ على العلبة باردة ، اعزل الجزء الخارجي لمنع تكثف الندى.


شاهد الفيديو: تعرف على طبقات الأرض و كيف استطاع العلماء دراسة باطن الأرض رغم صعوبة حفر ثقوب فيها