PHYSIQUE ÉLÉMENTAIRE DE L'AIR

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PHYSIQUE ÉLÉMENTAIRE DE L'AIR. - TEMPÉRATURE et TRANSMISSION DE CHALEUR - LA PRESSION ATMOSPHÉRIQUE - L'HUMIDITÉ - NOTION DE CHALEUR LATENTE - STABILITÉ ET INSTABILITÉ DE L'AIR - L'ÉMAGRAMME. PHYSIQUE ÉLÉMENTAIRE DE L'AIR. L'air "chimiquement pur". OXYGENE 21%. GAZ RARES 1%. - PowerPoint PPT Presentation

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  • PHYSIQUE LMENTAIRE DE L'AIR

    - TEMPRATURE et TRANSMISSION DE CHALEUR- LA PRESSION ATMOSPHRIQUE- L'HUMIDIT- NOTION DE CHALEUR LATENTE- STABILIT ET INSTABILIT DE L'AIR- L'MAGRAMME

  • PHYSIQUELMENTAIREDE L'AIR

  • L'air "chimiquement pur"AZOTE 78%OXYGENE 21%GAZ RARES 1%Argon 0.9% ;Xnon ;Ozone ;Non ;Hlium etc.

  • L'air atmosphriqueDe l'air "chimiquement pur" et des impurets.

  • Ce sont justement ces "impurets" qui vont jouer un rle trs important dans les phnomnes mtorologiques

  • LA TEMPRATURE ET LA TRANSMISSION DE LA CHALEUR

  • La temprature, exprime la notion

  • Elle illustre le niveau d'agitation qui anime les particules constituant les molcules. Plus l'agitation est grande, plus la temprature est leve.

  • Si l'agitation cesse, la temprature est minimale :C'est le zro "absolu".

  • Transmission de la chaleurLa chaleur se propage selon trois modes :

  • Le rayonnement

  • La conductionJe veux des cendres !T'affole pas tu vas en avoir !

  • La convection

  • mais sous forme dondes lectromagntiques. Cest la transmission de la chaleursans support matrielTout corps dont la temprature est non nulle met un rayonnement calorifique

  • celui-ci schauffe.Quand le rayonnement entre en contact avec un corps,

  • Le rayonnement calorifique se propage en ligne droite, presque instantanment (300 000 km/s), dans le vide, les gaz et dans certains matriaux transparents. Il rsulte de l'association de plusieurs radiations de longueurs d'onde diffrentes.

  • On parle alors de rayonnement obscur.Selon la temprature de l'objet qui met le rayonnement, ce dernier peut tre trs lumineux ou au contraire totalement invisible.

  • La temprature du corps metteur dtermine la longueur donde du rayonnement et sa luminosit. Quand la longueur donde diffre, les effets du rayonnement sur les corps rcepteurs sont modifis.

  • Ainsi, l'air est transparent vis vis du rayonnement solaire direct (trs lumineux,onde trs courte). Celui ci le traverse sans l'chauffer.

  • Par contre, il reoit de la chaleur grce au rayonnement obscur de la terre qui r-met la chaleur reue du soleil (grande longueur donde)

  • par les matriaux sombres qui alors schauffentLe rayonnement solaire est absorb

  • Le rayonnement solaire traverse les matriaux transparentsSans les chauffer

  • Il se rflchit sur les surfaces planes et glaces (effet miroir)

  • Les matriaux rencontrs dans la nature sont parfois absorbants, parfois rflchissants et parfois transparents :de leur tat de surfaceles effets des radiations calorifiques dpendent :de la nature des matriaux,de leur couleur,Et de lincidence du rayonnement.

  • La conduction

  • L'air est mauvais conducteurSi on lui donne artificiellement une "masse compacte", il est, au contraireun trs bon isolant.Polystyrne expans, laine de verre, neige etc.

  • La conduction s'oprera toutefois sur de faibles paisseursau contact des parties chaudes du sol.

  • La convectionLa chaleur est vhicule grce au dplacement dun fluide porteur(liquide ou gaz)

  • La convection peut tre naturelle (radiateurs, cumulus etc.) ou force.

  • VentTurbulenceBrassage mcanique

  • Propagation de la chaleur vers l'atmosphre

  • Du rayonnement reu du soleil, une partie est rflchie par latmosphre, une partie la traverse. Labsorption est infime.

  • La chaleur qui traverse latmosphre est pour une part rflchie (ocans, banquises) une autre est absorbe (continents, vaporations des eaux).

  • La partie claire de la terre reoit de la chaleurLa partie non claire (nuit)la rayonne vers l'atmosphre (rayonnement obscur).Le sol se rchauffe. Une partie de la chaleur est rayonne vers l'atmosphre (rayonnement obscur). Une autre sert l'vaporation des eaux.

  • Les couches nuageuses constituent des "accidents" pour ces phnomnes :Nuages diurnesDficit de rchauffementJourne froideNuages nocturnesMauvais rayonnementNuit chaude

  • La crote terrestre chauffe, dclenche la convection. Celle-ci apporte de la chaleur l'atmosphre.

  • L'quilibre radiatif est atteintCHALEUR ABSORBE=CHALEUR RAYONNELa temprature la surface de la terre reste sensiblement constante : 17 environMais la nature est bien faite

  • La chaleur reue par l'atmosphre a pour origine :Le rayonnement solaire direct (environ 10%) ;La restitution par le sol (environ 80%) ;La chaleur produite par la condensation de la vapeur d'eau lors de la formation des nuages (10%)Pour l'atmosphre, la source de chaleur n'est pas le soleil mais la terre.Ceci explique que l'atmosphre soit plus chaude dans les basses couches qu'en altitude.

  • Le gradient de temprature de l'atmosphre est donn par les valeurs suivantes :Ces valeurs sont des moyennes parfois assez diffrentes de l'atmosphre relle.

  • L'atmosphre relle peut tre sensiblement diffrente :Selon la saison

  • En gnral on retrouve :Une inversion nocturneUne tranche prsentant un profil semblable l'atmosphre standardDes inversions d'altitudeUne isothermie au niveau de la tropopause.

  • LA PRESSION ATMOSPHRIQUE

  • La pressionElle est directement lie la hauteur d'air situ au dessus du point de mesure La pression atmosphrique est gale au poids de la colonne d'air qui surmonte la surface horizontalesur laquelle elle s'exerce.

  • Plus le point de mesure est lev, plus la hauteur de la colonne d'air qui le surmonte est faible et plus la pression est faibleLa pression atmosphrique dcrot avec l'altitude

  • L'air est un gaz compressible.L'air des basses couches est "cras" par celui des couches suprieures, sa densit est plus forte.La variation de pression par tranche d'altitude est plus forte dans les basses couches

  • Altitudes en mPression en HPa01013.251000898.702000795.003000701.104000616.405000540.206000471.807000410.608000356.009000307.4010 000264.4011 000236.20

  • PRESSION ATMOSPHRIQUEPression en HpaAltitude en km200400600800100024681020300Dcroissance en fonction de l'altitude

  • Gradient de pression en altitude

    Tranche d'altitude d'alt. par Hpa0 1000 m8,8 m1000 2000 m9,6 m2000 3000 m10,6 m3000 4000 m11,8 m4000 5000 m13,2 m5000 6000 m14,7 m6000 7000 m16,4 m7000 8000 m18,2 m8000 9000 m20,4 m9000 10000 m23,2 m

  • La relation 1 Hpa = 8.5 m n'est valable que pour les basses couches de l'atmosphre (
  • Un gaz qui se dtend se refroiditPneu qu'on dgonfle,Bombe de crme chantilly,Extincteur CO2 etc.

  • Inversement un gaz qui est comprim s'chauffePompe vlo,Compresseur,Moteur diesel etc.

  • Supposons que l'on isole une bulle d'air, et qu'on lui fasse subir une ascensionAu cours de la monte, elle va rencontrer des pressions plus faibles et donc se dtendreZ2

  • Z2Inversement, si l'on oblige la bulle descendreElle va rencontrer des pressions plus fortes et donc se comprimer

  • L'air tant un mauvais conducteur de la chaleur, ces phnomnes vont s'oprer sans change thermique entre la bulle et le milieu extrieur.La temprature de l'air ambiant n'influera pas sur le refroidissement ou le rchauffement de l'air de la bulleLe phnomne est dit "adiabatique"

  • REFROIDISSEMENT PAR DETENTE 9En montant, la bulle se dtendelle se refroidit d'environ :1 par 100m

  • RCHAUFFEMENT PAR COMPRESSIONEn descendant la bulle se comprimeelle se rchauffe d'environ :1 par 100m14

  • 1 par 100 mC'est le gradient adiabatique de l'AIR NON SATURCette valeur ne doit pas tre confondue avec le profil vertical des tempratures de l'air atmosphrique.0.65 par 100m (atmosphre standard)

  • 1000 m 0 m5?

  • L'HUMIDIT

  • L'humidit est l'expression de la quantit de vapeur d'eau contenue dans l'air.La vapeur d'eau est l'eau (H2O) sous forme gazeuse. Elle est parfaitement invisible.L'air le plus limpide et le plus sec contient toujours une certaine quantit d'eau.

  • La bue qui s'chappe de la marmite aussi.les nuages, le brouillard etc. sont forms de fines particules d'eau liquide (ou de glace).

  • L'humidit exprime la quantit de vapeur d'eau contenue dans l'air.Cette dfinition est celle de l'humidit absolue ; elle varie avec la pression donc avec l'altitude.Cette dfinition est celle de l'humidit spcifique ou rapport de mlange ; elle ne varie pas avec l'altitude.

  • Mme si la vapeur d'eau a un rle considrable dans l'atmosphre, elle n'y est prsente qu'en quantit trs faible (quelques grammes par m3) mais il y a beaucoup de m3 !!!1 m31.225 Kg(altitude 0)

  • Le mlange de la vapeur d'eau dans l'air obit des rgles semblables celles qui prsident la dissolution du sel dans l'eau.

  • Dans une casserole deau 15, versons lentement du sel tout en remuant.Le sel commence par se dissoudre compltement.2. Au bout dune certaine quantit de sel vers, apparaissent des cristaux qui refusent de se dissoudre.Le mlange est satur

  • 303. Portons leau 30 : le dpt de cristaux disparat il est mme possible de rajouter du selJusqu ce quune nouvelle saturation soit atteintePour chaque temprature il est possible de noter une valeur de saturation exprime en gramme de sel par litre deau

  • Inversement, partant dune solution 60 tout juste sature, laissons refroidir30Ds le dbut du refroidissement, des cristaux de sel prcipitent 30 la quantit de sel ainsi rejete sera gale lexcdent par rapport la valeur de saturation

  • La saturation peut tre obtenue par deux moyensSoit l'augmentation du rapport de mlangeSoit par diminution de la temprature

  • La vapeur deau dans lair obit des