Densitatea potențială

Densitatea potențială a unei particule de fluid la presiune $P.$ ${\ displaystyle P}$ $P.$ este densitatea pe care o va dobândi particula dacă ar fi adusă adiabatic la o presiune de referință $P_{0}$ ${\ displaystyle P_ {0}}$ ${\ displaystyle P_ {0}}$ , care este de obicei 1 bar (100 kPa ).

În timp ce densitatea variază pe măsură ce presiunea se schimbă, densitatea potențială a unei particule fluide este conservată pe măsură ce presiunea la care este supusă particula variază (atâta timp cât nu există amestec cu alte particule sau are loc un flux net de căldură).

Conceptul de densitate a potențialului este utilizat în oceanografie ^[1] și în științele atmosferei .

Caracteristici

Densitatea potențială este o proprietate importantă dinamic: pentru stabilitatea statică, densitatea potențială trebuie să scadă în mișcare ascendentă. Dacă acest lucru nu se întâmplă, particula de fluid deplasată în sus s-ar găsi mai ușoară decât vecinii săi și ar continua să se deplaseze în sus; în mod corespunzător, o particulă în mișcare descendentă ar fi mai grea decât vecinii săi. Acest lucru este adevărat chiar dacă densitatea fluidului scade pe măsură ce crește în sus.
În condiții stabile (adică cu densitatea potențială descrescătoare în mișcarea ascendentă), mișcarea (orizontală) de-a lungul suprafețelor densității potențiale constante ( izopihnalele ) este favorizată din punct de vedere energetic față de fluxul (vertical) care traversează aceste suprafețe (flux diapicnale), astfel încât mișcarea într-un flux geofizic 3-D are loc preferențial de-a lungul suprafețelor 2-D.

În oceanografie , simbolul este folosit pentru a indica densitatea potențială $\rho _{\theta }$ ${\ displaystyle \ rho _ {\ theta}}$ ${\ displaystyle \ rho _ {\ theta}}$ , în timp ce presiunea de referință $P_{0}$ ${\ displaystyle P_ {0}}$ $P_0$ este cel de la suprafața oceanului. O anomalie a densității potențiale este notată cu $\sigma _{\theta }=\rho _{\theta }-1000$ ${\ displaystyle \ sigma _ {\ theta} = \ rho _ {\ theta} -1000}$ ${\ displaystyle \ sigma _ {\ theta} = \ rho _ {\ theta} -1000}$ kg / m ³ . Deoarece compresibilitatea apei de mare variază în funcție de salinitate și temperatură , presiunea de referință aleasă trebuie să fie aproape de presiunea reală pentru ca definiția densității potențiale să fie semnificativă dinamic. Presiunile de referință sunt în general multipli întregi de 100 de bari; astfel, pentru apa supusă unei presiuni de aproximativ 400 bari (40 MPa ), se alege o presiune de referință de 400 bari, iar simbolul pentru anomalia densității potențiale este indicat prin $\sigma _{4}$ ${\ displaystyle \ sigma _ {4}}$ ${\ displaystyle \ sigma _ {4}}$ .

Folosind aceste presiuni de referință este posibil să se definească suprafețele densității potențiale utilizate în analiza datelor oceanului și să se construiască modele de circulație oceanică . Suprafețe cu densitate neutră, definite folosind o altă variabilă numită densitate neutră ( $\gamma ^{n}$ ${\ displaystyle \ gamma ^ {n}}$ ${\ displaystyle \ gamma ^ {n}}$ ), poate fi considerat analogul continuu al suprafețelor densității potențiale.

Densitatea potențială guvernează două aspecte ale efectelor compresiei:

efectul modificării volumului unei particule datorat modificării presiunii (pe măsură ce presiunea crește, volumul scade)
efectul modificării temperaturii particulelor legat de variația adiabatică a presiunii (pe măsură ce crește presiunea, temperatura crește)

Densitatea unei particule poate fi calculată printr-o ecuație de stare :

\rho =\rho (P,T,S_{1},S_{2},...)

{\ displaystyle \ rho = \ rho (P, T, S_ {1}, S_ {2}, ...)}

{\ displaystyle \ rho = \ rho (P, T, S_ {1}, S_ {2}, ...)}

unde este $T.$ ${\ displaystyle T}$ $T.$ este temperatura, $P.$ ${\ displaystyle P}$ $P.$ este presiunea și $S_{n}$ ${\ displaystyle S_ {n}}$ $S_ {n}$ sunt alți trasori de curgere care afectează densitatea, cum ar fi salinitatea apei de mare.
Densitatea potențială este apoi calculată ca:

\rho _{\theta }=\rho (P_{0},\theta ,S_{1},S_{2},...)

{\ displaystyle \ rho _ {\ theta} = \ rho (P_ {0}, \ theta, S_ {1}, S_ {2}, ...)}

{\ displaystyle \ rho _ {\ theta} = \ rho (P_ {0}, \ theta, S_ {1}, S_ {2}, ...)}

unde este $\theta$ ${\ displaystyle \ theta}$ $\ theta$ este temperatura potențială a particulei de fluid la aceeași presiune de referință $P_{0}$ ${\ displaystyle P_ {0}}$ $P_0$ .

Notă

^ Introducere în oceanografia fizică , la oceanworld.tamu.edu . Adus la 26 mai 2016 (arhivat din original la 6 martie 2016) .

Bibliografie

John M. Wallace și Peter V. Hobbs, Atmospheric Science, An Introductory Survey, Ediția a doua , Academic Press, 2006, ISBN 0-12-732950-1 .
Robert H. Stewart, Introduction to Physical Oceanography , 2002. Accesat la 26 mai 2016 (arhivat din original la 5 decembrie 2012) .

Portal Earth Science : te apropii de vocile Wikipedia care se ocupă cu știința pământului

[1] Introducere în oceanografia fizică , la oceanworld.tamu.edu . Adus la 26 mai 2016 (arhivat din original la 6 martie 2016) .

[1]