Nome da Atividade
INTRODUÇÃO À FÍSICA DA ATMOSFERA
CÓDIGO
19610020
Carga Horária
60 horas
Tipo de Atividade
DISCIPLINA
Periodicidade
Semestral
Unidade responsável
CRÉDITOS
4
CARGA HORÁRIA TEÓRICA
3
CARGA HORÁRIA EXERCÍCIOS
1
CARGA HORÁRIA OBRIGATÓRIA
4
FREQUÊNCIA APROVAÇÃO
75%

Ementa

Conceitos Básicos da Termodinâmica. Composição e Estrutura da Atmosfera. Sistema Termodinâmicos e Variáveis. Propriedades Físicas do Ar Atmosférico. Pressão Atmosférica. Primeira Lei da Termodinâmica. Segunda Lei da Termodinâmica. Aplicações Práticas

Objetivos

Objetivo Geral:

Proporcionar os conhecimentos básicos e fundamentais da Termodinâmica dos processos reversíveis e irreversíveis, com tratamento completo e rigoroso para constituir a base para a consecução de estudos nos campos das Ciências Exatas e Aplicadas.

 

Objetivos Específicos:

Prover o embasamento necessário ao prosseguimento de estudos posteriores da física da atmosfera para o caso da atmosfera seca (sem umidade), especialmente relacionado aos processos termodinâmicos que ocorrem no meio ambiente.

Conteúdo Programático

UNIDADE 1 – COMPOSIÇÃO E ESTRUTURA DA ATMOSFERA
1.1 Pressão e Densidade
1.1.1 Balanço Hidrostático
1.1.2 Pressão Como Coordenada Verticfal
1.1.3 Densidade Atmosférica / Oceânica
1.2 Composição
1.2.1 Gases Permanentes
1.2.2 Componentes Variáveis – Vapor de Água, Dióxido de Carbono – Ozônio
1.3 Temperatura
1.3.1 A Zeroésima Lei da Termodinâmica
1.3.2 Temperatura e Energia Cinética Molecular – Calor – Temperatura Absoluta
1.3.3 Escalas de Temperatura
1.3.4 Perfís da Temperatura Atmosférica – Descrição Gráfica – Troposfera – Tropopausa – Estratosfera – Taxa de Variação Vertical da Temperatura com a Altura do Meio Ambiente – Inversões – Inversão da Radição – Inversões de Subsidência – Inversão na Camada Limite – Inversão Marinha
1.3.5 Estrutura Termal Média da Atmosfera
1.3.6 Variação Latitudinal e Zonal
1.4 Na Prática
1.4.1 Medidas da Temperatura
1.4.2 Vento (Wind chill)
1.4.3 Observação de Ar Superior
1.4.4 Diagrama Skew-T – Introdução e Apresentação Geral
UNIDADE 2 – SISTEMAS TERMODINÂMICOS E VARIÁVEIS
2.1 Parcelas de Ar
2.1.1 Definição
2.1.2 Parcela de Ar como Sistema Termodinâmico
2.2 Trabalhando com Sistema de Variáveis
2.2.1 Variáveis de Estado e Variáveis de Processos
2.2.2 Diferenciais
2.2.3 Equações Diferencial Parciais Separáveis de Primeira Ordem
2.2.4 Variáveis Conservadas
2.2.5 Variáveis Extensivas e Intensivas
UNIDADE 3 – PROPRIEDADES FÍSICAS DO AR
3.1. Equação do Estado
3.2. Propriedade Experimental dos Gases
3.2.1 Lei de Boyle
3.2.2 Lei de Charles
3.2.3 Lei de Avogadro
3.2.4 Lei do Gás Ideal
3.2.5 Lei das Pressões Parciais de Dalton
3.3. Constante do Gás para o Ar Atmosférico
3.4. Equação do Estado para o Ar Úmido
3.4.1 Lei do Gás Ideal para o Vapor de Água
3.4.2 Razão de Mistura e Umidade Específica
3.4.3 Temperatura Virtual
3.5 Na Prática
3.5.1 Calculos da Flutuação
UNIDADE 4 – PRESSÃO ATMOSFÉRICA
4.1. Balanço Hidrostático
4.1.1 Equação Hidrostática
4.1.2 Gravidade e Altura Geopotencial
4.1.3 Equação Hipsométrica
4.2 . Perfis da Pressão para Atmosferas Idealizadas
4.2.1 Atmosfera com Densidade Constante
4.2.2 Atmosfera Isotérmica
4.2.3 Atmosfera com Taxa de Variação Vertical da Temperatura Constante
4.2.4 Perfís de Temperatura Seccionalmente Linear
4.2.5 Relação com Equação Hipsométrica
4.3 . Na Prática
4.3.1 Medidas da Pressão
4.3.2 Correção da Superfície de Pressão para o Nível Médio do Mar
4.3.3 A Atmosfera Padrão dos EUA
4.3.4 Mapas de Pressão Constante
4.3.5 Estrutura Vertical da Pressão/Campos de Altura
UNIDADE 5 – A PRIMEIRA LEI E SUAS CONSEQUENCIAS
5.1 .Trabalho Pressão-Volume
5.2 . Primeira Lei da Termodinâmica
5.2.1 Energia Interna
5.2.2 Capacidade de Calor
5.2.3 Teoria cinética dos Gases
5.3. Casos Especiais da Primeira Lei
5.4. Processos Adiabático Seco
5.4.1 Equação de Poisson
5.4.2 Temperatura Potencial
5.4.3 Adiabáticas Secas
5.4.4 Taxa de Variação Vertical da Temperatura Adiabática Seca com a Altura
5.5 . Máquinas de Calor
5.5.1 Ciclo de Carnot
5.6 . Processos Reversíveis e Irreversíveis
5.7 . Entalpia
5.7.1 Definição
5.7.2 Propriedade Conservativa
5.7.3 Generalização para Processo Irreversível
5.8 . Na Prática
5.8.1 Inversão na Subsidência
5.8.2 Processos Diabáticos
UNIDADE 6 – A SEGUNDA LEI E SUAS CONSEQUENCIAS
6.1 . Entropia
6.2 . Equilíbrio Termodinâmico
UNIDADE 7 – INTRODUÇÃO À ESTÁTICA DA ATMOSFERA
7.1 . Estabilidade/Instabilidade Atmosférica
7.2 . Aplicações Gerais para o caso da atmosfera seca
7.3 . Análises de Perfis Atmosféricos (caso seco)

Bibliografia

Bibliografia Básica:

  • CALLEN, H. B. Thermodynamics and an introduction to thermostatistics. 2. ed. New York: John Wiley & Sons, 1985. 493 p. ISBN 0471862568
  • FORD, A. L. Heat and thermodynamics. 5 ed. Tokyo: McGraw-Hill Kogakusha, c 1968. 658 p
  • IRIBARNE, J. V. (Julio Victor), 1916. Termodinamica de la atmosfera. Buenos Aires: Editorial Universitaria de Buenos Aires, c1964. 230 p.
  • WALLACE, J. M and HOBBS, P. V. Atmospheric Science - An introduction Survey. Vol.92 Intl. Geoph.Series. Ed. R.Dmowska, D.Hartmann, H.T.Rossby, Elsevier, Academic Press, 2Ed. 2006. 483p.

Bibliografia Complementar:

  • FERMI, E. Thermodynamics. New York: Dovrer, 1956. 160 p. ISBN 048660361X
  • GREINER, W.; NEISE, L. Thermodynamics and statistical mechanics. New York: Springer, 2004. 463 p. (Classical Theoretical Physics) ISBN 0387942998
  • HILL, T. An introduction to statistical thermodynamics. New York: Dover, 1986. 508 p. ISBN 0486652424
  • OBERT, E. F. Thermodynamics. 2. ed. New York: McGraw-Hill Book Company, 1963 |. 596 p.
  • ZEMANSKY, M. W. Heat thermodynamics: an intermediate text book for students of fysics, chemistry, and engineering. 3. ed. New York: MacGraw-Hill Book Company, 1951. 465 p.
  • KSHUDIRAM, S. The Earth’s Atmosphere – Its Physics and Dynamics. Publisher Springer, Berlim, Heidelberg, 2008. Online ISBN 978-3-540-78427-2.
  • GANGULY, J. Thermodynamics in Earth and Planetary Sciences. Publisher Springer, Berlim, Heidelberg, 2008. Online ISBN 978-3-540-77306-1

Turmas Ofertadas

Turma Período Vagas Matriculados Curso / Horários Professores
M1 2020 / 1 25 1 Meteorologia (Bacharelado)
Horários
ManhãTardeNoite
TER14:00 - 14:50
14:50 - 15:40
QUI14:00 - 14:50
14:50 - 15:40
MATEUS DA SILVA TEIXEIRA
Professor responsável pela turma

M51 2020 / 1 6 3 Meteorologia (Bacharelado)
Horários
ManhãTardeNoite
TER14:00 - 14:50
QUI14:00 - 14:50
MATEUS DA SILVA TEIXEIRA
Professor responsável pela turma

MARCELO FELIX ALONSO
Professor Regente

M71 2020 / 1 25 5 Meteorologia (Bacharelado)
Horários
ManhãTardeNoite
TER14:00 - 14:50
14:50 - 15:40
QUI14:00 - 14:50
MATEUS DA SILVA TEIXEIRA
Professor responsável pela turma

MARCELO FELIX ALONSO
Professor Regente

Disciplinas Equivalentes

Disciplina Curso
TERMODINÂMICA Meteorologia (Bacharelado)

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