Gradiente adiabatico secco e saturo: impariamo a leggere gli indici termodinamici
In questi giorni, cercheremo di stilare differenti articoli di didattica che vi invito a seguire perchè vi porteranno a capire come si leggono gli indici termodinamici e di conseguenza a capire il grado di stabilità o di instabilità dell'atmosfera.
Introdurremo nella giornata odierna il concetto di gradiente adiabatico secco e saturo.
Prendendo una particella di aria secca e facendola spostare adiabaticamente da una quota X1 a un'altra X2 (X2 maggiore di X1), la sua temperatura diminuirà del valore T1 al valore T2.
Come sappiamo, la temperatura causa la risalita in quota della particella sarà immersa in un ambiente a pressione sempre minore e quindi si espanderà. Non avvenendo degli scambi di calore con l'ambiente esterno , a causa del processo stesso che dovrebbe avvenire molto velocemente, questo lavoro di espansione avviene a discapito dell'energia interna della particella d'aria.
Facendo dunque ricorso al primo principio della termodinamica : In un sistema isolato, l'energia non si crea, né si distrugge, ma si può solo trasformare, rimanendo comunque e complessivamente costante, possiamo quindi dire che l'espansione in modo adiabatico della particella da luogo ad una variazione di temperatura con la quota.
Salendo, la particella si espande e si raffredda, scendendo sarà sottoposta invece a pressioni sempre più grandi, dunque si comprime adiabaticamente e si riscalda. Ne segue che, per una particella di aria secca o umida ma non satura che si muove all'interno dell'atmosfera in maniera verticale, tale variazione viene definita come "variazione termica adiabatica per aria secca o gradiente adiabatico secco" viene indicata con y*, vale 1°C ogni cento metri e la legge secondo cui varia viene rappresentata con una retta.
Per una particella di aria satura che si muove all'interno dell'atmosfera si registrano delle variazioni di temperatura minori rispetto a quelle che caratterizzano l'aria secca per via dei passaggi di stato, che accompagnano i movimenti della particella.
Ipotizziamo ora di seguire una particella nel corso del suo movimento ascendente. Sappiamo che durante la sua salita, la particella si raffredda per espansione adiabatica, ma dato che è satura ogni tipo di raffreddamento successivo farà condensare il vapore liberando a sua volta il calore latente di condensazione, che a sua volta andrà a bilanciare quel raffreddamento che è stato causato dall'espansione. La particella subisce quindi un raffreddamento minore di 1°C ogni 100 metri.
Queste variazioni termiche vengono chiamate "variazione termica adiabatica per aria satura o gradiente adiabatico per aria satura" (0.2°C /100 m a circa 0.9°C/100 m è la possibile variazione).
Il gradiente adiabatico secco non varia con la quota, quindi è costante, mentre quello saturo varia. Lo si può vedere anche dal piano cartesiano ( non perfetto ) che ho disegnato.
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