Clase 2: Energía.

Introducción a las Cs. de la Atmósfera
Unidad 2 – Energía en la atmósfera
2.1. Energía, calor y temperatura
2.2. Transferencia de calor en la atmósfera
2.3. Energía radiante
2.4. Leyes de radiación
2.5. Absorción, emisión y equilibrio radiativo.
2.6. Balance energético
2.7. Efecto invernadero
CAMBIOS DE ENERGIA QUE AFECTAN AL
SISTEMA TIERRA-ATMOSFERA
RADIACION DE ONDA
LARGA
RADIACION
SOLAR
ENERGIA
POTENCIAL
ENERGIA
CINETICA
DISIPACION POR FRICCION
SISTEMA TIERRA-MAR-ATMOSFERA
CALOR SENSIBLE:
∆QH
= C p ⋅ ∆T
maire
CALOR ESPECIFICO DEL
AIRE SECO A PRESION
CONSTANTE:
C pd = 1004,67 J ⋅ kg −1 ⋅ K −1
Cpd = 0,240 cal g – 1 K – 1
Cpv = 0,457 cal g – 1 K – 1
Cw (0°C) = 1,007 cal g – 1 K – 1
Ci (0°C) = 0,503 cal g – 1 K – 1
CALOR LATENTE:
∆QE
≡L
magua
Lv = ± 2,5 × 10 6 J ⋅ kg −1 ≡ L condensacion o vaporizacion
L f = ± 3,34 × 10 5 J ⋅ kg −1 ≡ L fusion o solidificacion
Ld = ± 2,83 × 10 6 J ⋅ kg −1 ≡ L deposicion o sub lim acion
CAMBIOS DE FASE DE LA SUSTANCIA AGUA
CAMBIOS DE FASE DE LA SUSTANCIA AGUA
Energía calórica tomada del ambiente
Sublimación
Fusión
Evaporación
AGUA
HIELO
Congelamiento
VAPOR
Condensación
Deposición
Energía calórica liberada al ambiente
FORMAS DE INTERCAMBIO DE CALOR EN LA
ATMOSFERA
1. CONDUCCION
2. CONVECCION
Ascenso de
aire
caliente
CIRCULACION
TERMICAMENTE DIRECTA
Descenso de
aire frío
–
+
TEMPERATURA DEL AIRE
3. RADIACION
λ ⋅ν = c 0
Velocidad de propagación
de la luz en el vacío:
c0 = 2,99792 × 108 m s – 1
λ : longitud de onda
ν : frecuencia
1. LEYES DE EMISION DE RADIACION
1.1. Ley de Planck
E λ = c1 ⋅ λ−5 ⋅ exp( − c 2 / λ ⋅ T )
∗
Flujo radiativo (irradianza) para una dada longitud de
onda correspondiente a la emisión de un cuerpo negro
a temperatura T.
1.2. Ley de Wien
λ max
a
=
T
Longitud de onda
correspondiente al pico de
emisión (λ max) de un cuerpo
negro a temperatura T.
1.3. Ley de Stefan-Boltzmann
E ∗ = σ SB ⋅ T 4
Emisión total correspondiente
a un cuerpo negro a
temperatura T.
ESPECTROS DE EMISION DEL SOL Y LA TIERRA
Radiación de onda corta
onda
larga
2. LEYES DE DISTRIBUCION DE LA RADIACION
1.1. Ley del Cuadrado Inverso
 R1
E = E ⋅ 
 R2
∗
2
∗
1



2
R : distancia a la fuente. Los
subíndices indican diferentes
distancias.
APLICACION:
Determinación de la
constante solar S:
S = 1368 ±7 W⋅m – 2
1.2. Ley del Seno
I rad = E ⋅ sen(Ψ )
Tanto la elevación
solar ψ como el
flujo E dependen de
:
 el día del año,
 la hora del día,
 la latitud, y
 la inclinación.
E
Angulo de
elevación del
sol Ψ
Flujo de
energía solar
FACTORES ASTRONOMICOS QUE AFECTAN AL FLUJO E
Variación de la
intensidad de la
radiación solar
con la latitud
durante el
solsticio de
invierno del
hemisferio norte
(21 de junio).
ABSORCION, REFLEXION Y TRANSMISION
Ley de Kirchoff:
a λ = eλ
Eλ
La absorsividad y la emisividad de una
sustancia son iguales para una dada longitud
de onda λ .
incidente
rλ =
Eλ
reflejada
Eλ
incidente
= reflectividad
aλ = eλ = emisividad
1 = a λ + rλ + t λ
aλ =
tλ =
E λ transmitida
= transmisividad
E λ incidente
Eλ
Eλ
absorvida
incidente
= absorsividad
EMISIVIDAD
ALBEDO
A=
E reflejada
Eincidente
Se denomina
albedo, A, a la
relación entre la
radiación solar
total reflejada y la
radiación solar
total incidente.
ALBEDO GLOBAL
TERRESTRE = 30%
ESPECTRO DE
ABSORCION DE LA
ATMOSFERA
BALANCE GLOBAL DE RADIACION TERRESTRE
IPCC – AR4 (2007)