Processus thermodynamiques dans la ’atmosphère

1. Processus thermodynamiques dans la ’atmosphère • Les transformations isobares • Le réchauffement matinal et le refroidissement nocturne qui constituent l'oscillation journalière normale de la température de l'air dans les basses couches. • Les transformations adiabatiques • Il s'agit essentiellement des détentes ou des compressions subies par les particules atmosphériques au cours de leurs mouvement verticaux.

2. Détente/compression adiabatique q=0 < 700 mb Détente Tfd Ti Ti État initial 800 mb q=0 900 mb Compression Tfc > Ti

3. En admettant que l'air est un gaz parfait, et par définition de processus adiabatique, les deux expressions mathématiques du premier principe de la thermodynamique prennent la forme: Transformation adiabatique

4. Transformation adiabatique En éliminant dT entre ces deux équations:

5. Transformation adiabatique comme p et sont des variables d'état, cette équation peut être intégrée facilement entre deux états 1 et 2, en considérant le processus adiabatique. ou

6. Transformation adiabatique: équations de Poisson

7. Température potentielle Les variations de température subies par la particule pendant les mouvements verticaux peuvent être calculées en utilisant les équations de Poisson.

8. Température potentielle On définit alors la température potentielle d'une particule d ’air sec comme la température que cet air a après avoir subit une transformation adiabatique telle que sa pression finale est de p0, un niveau de pression choisi comme référence

9. Température potentielle En physique de l'atmosphère la température potentielle est usuellement exprimée en Kelvin et le niveau de référence choisit est le niveau de 1000 mb. avec p en mb.

10. Détente/compression adiabatique q=0 700 mb Détente Tfd < Ti < i  < i Ti État initial 900 mb  q=0 > 1000 mb Compression Tfc= i Ti 

11. Changement de la température potentielle

12. Changement de la température potentielle

13. Premier principe Dans le cas d ’un gaz parfait cp est constant et alors, Cette équation constitue une autre forme de la première loi de la thermodynamique.

14. Deuxième principe de la thermodynamique Le premier principe de la thermodynamique est une affirmation de l'équivalence des diverses formes d'énergie et de la conservation de celle-ci. Le deuxième principe de la thermodynamique permet de savoir quelles sont les transformations possibles parmi celles qui conservent l'énergie.

15. Deuxième principe Un système e tendance à se placer dans la situation de désordre maximum car c ’est cette situation qui se produit du plus grande nombre de façons.

16. Deuxième principe Lors d ’un processus spontanée, le désordre de l ’univers augmente

17. Deuxième principe: selon la thermodynamique Le deuxième principe de la thermodynamique s'énonce comme suit: pour toute transformation réversible dans système fermé, le rapport: est la différentielle exacte d'une fonction d'état S appelée entropie du système.

18. Deuxième principe On a donc dans le cas d'une transformation infinitésimale réversible, Et par unité de masse

19. Deuxième principe Enceinte adiabatique État final État initial Q = ? S2-S1 =?

20. Deuxième principe Pour toute transformation irréversible d'un système fermé on a: Posons: où est par définition la chaleur non compensée de Clausius

21. Deuxième principe La variation d ’entropie pendant un processus quelconque est:

22. Deuxième loi Transformation réversible: Transformation irréversible: Transformation impossible:

23. Changement d ’entropie: processus réversible Au cours d ’une transformation réversible, la première et la deuxième loi de la thermodynamique conduisent à:

24. Changement d ’entropie: processus réversible Ou encore:

25. Changement d ’entropie: changement de phase À température et à pression constantes on a:

26. Usage conjoint du premier et deuxième principe Premier principe: Conjoint Deuxième principe:

27. Énergie libre de GibbsLa 2ème loi à température et pression constantes Énergie libre de Gibbs

28. Processus quelconque: Possible? Spontané? Pour utiliser la deuxième loi de la thermodynamique en pratique, il faut calculer s et le comparer à Comment calculer s quand le procédé est irréversible ? N ’oubliez pas que l ’entropie est une variable d ’état: sa variation ne dépend que de l ’état initial et de l ’état final!