संभावित तापमान

दबाव पर तरल पदार्थ के हवाई पार्सेल का संभावित तापमान $P$ वह तापमान है जो पार्सल प्राप्त करेगा यदि रुद्धोष्म प्रक्रिया को एक मानक संदर्भ दबाव में लाया जाता है $P_{0}$, आम तौर पर 1,000 hPa (1,000 mb). संभावित तापमान दर्शाया गया है $\theta$ और, आदर्श गैस के रूप में अच्छी तरह अनुमानित गैस के लिए, द्वारा दिया जाता है

$\theta =T\left({\frac {P_{0}}{P}}\right)^{R/c_{p}},$

कहां $T$ पार्सल का वर्तमान पूर्ण तापमान (K में) है, $R$ हवा का गैस स्थिरांक है, और $c_{p}$ स्थिर दबाव पर विशिष्ट ताप क्षमता है। $R/c_{p}=0.286$ हवा के लिए (मौसम विज्ञान)। समुद्र में संभावित तापमान का संदर्भ बिंदु आमतौर पर समुद्र की सतह पर होता है, जिसमें 0 dbar का पानी का दबाव होता है। समुद्र में संभावित तापमान समुद्री जल की अलग-अलग ताप क्षमता के लिए जिम्मेदार नहीं है, इसलिए यह ऊष्मा सामग्री का एक रूढ़िवादी उपाय नहीं है। तापमान बनाम गहराई ग्राफ में संभावित तापमान का चित्रमय प्रतिनिधित्व हमेशा वास्तविक तापमान रेखा से कम होगा।

संदर्भ

संभावित तापमान की अवधारणा किसी भी स्तरीकृत द्रव पर लागू होती है। यह अक्सर वायुमंडलीय विज्ञान और समुद्र विज्ञान में प्रयोग किया जाता है। जिस कारण इसका प्रयोग किया जाता है दोनों क्षेत्रों में यह है कि दबाव में परिवर्तन के परिणामस्वरूप ठंडे तरल पदार्थ के नीचे रहने वाले गर्म तरल पदार्थ हो सकते हैं - उदाहरण ऊंचाई के साथ हवा का तापमान गिरना और बहुत गहरे समुद्र की खाइयों में गहराई के साथ पानी का तापमान बढ़ाना और महासागर मिश्रित परत के भीतर। जब इसके बजाय संभावित तापमान का उपयोग किया जाता है, तो ये स्पष्ट रूप से अस्थिर स्थितियां गायब हो जाती हैं क्योंकि द्रव का एक पार्सल अपने आइसोलाइनों के साथ अपरिवर्तनीय होता है। महासागरों में, सतह के संदर्भ में संभावित तापमान इन-सीटू तापमान से थोड़ा कम होगा (तापमान जो पानी की मात्रा में विशिष्ट गहराई पर होता है जिसे उपकरण ने मापा है) क्योंकि दबाव में कमी के कारण विस्तार होता है ठंडा करना। सीटू और संभावित तापमान के बीच संख्यात्मक अंतर लगभग हमेशा 1.5 डिग्री सेल्सियस से कम होता है। हालांकि, बहुत अलग गहराई से पानी के तापमान की तुलना करते समय संभावित तापमान का उपयोग करना महत्वपूर्ण है।

टिप्पणियाँ

वास्तविक तापमान की तुलना में संभावित तापमान अधिक गतिशील रूप से महत्वपूर्ण मात्रा है। ऐसा इसलिए है क्योंकि यह बाधाओं या बड़े पैमाने पर वायुमंडलीय अशांति के प्रवाह से जुड़े भौतिक उठाने या डूबने से प्रभावित नहीं होता है। एक छोटे से पर्वत पर चलती हुई हवा का एक पार्सल ढलान पर चढ़ते समय फैलेगा और ठंडा होगा, फिर दूसरी तरफ उतरते ही सिकुड़ेगा और गर्म होगा- लेकिन हीटिंग, कूलिंग, वाष्पीकरण या संघनन की अनुपस्थिति में संभावित तापमान नहीं बदलेगा (प्रक्रियाएं जो इन प्रभावों को बाहर करती हैं उन्हें शुष्क रुद्धोष्म कहा जाता है)। चूंकि एक ही संभावित तापमान वाले पार्सल का आदान-प्रदान बिना काम या हीटिंग की आवश्यकता के किया जा सकता है, निरंतर संभावित तापमान की रेखाएं प्राकृतिक प्रवाह मार्ग हैं।

लगभग सभी परिस्थितियों में, संभावित तापमान वातावरण में ऊपर की ओर बढ़ता है, वास्तविक तापमान के विपरीत जो बढ़ या घट सकता है। संभावित तापमान सभी शुष्क रूद्धोष्म प्रक्रियाओं के लिए संरक्षित है, और इस तरह ग्रहों की सीमा परत में एक महत्वपूर्ण मात्रा है (जो अक्सर शुष्क रुद्धोष्म होने के बहुत करीब है)।

संभावित तापमान और हीड्रास्टाटिक स्थिरता

संभावित तापमान असंतृप्त वातावरण की स्थिर स्थिरता का एक उपयोगी उपाय है। सामान्य, स्थिर रूप से स्तरीकृत परिस्थितियों में, ऊंचाई के साथ संभावित तापमान बढ़ता है,

${\frac {\partial \theta }{\partial z}}>0$

और ऊर्ध्व गतियों को दबा दिया जाता है। यदि संभावित तापमान ऊंचाई के साथ घटता है,

${\frac {\partial \theta }{\partial z}}<0$

वायुमंडल ऊर्ध्वाधर गतियों के लिए अस्थिर है, और वायुमंडलीय संवहन की संभावना है। चूंकि संवहन वातावरण को जल्दी से मिश्रित करने और स्थिर रूप से स्तरीकृत स्थिति में लौटने के लिए कार्य करता है, ऊंचाई के साथ संभावित तापमान में कमी के अवलोकन असामान्य हैं, सिवाय इसके कि जोरदार संवहन चल रहा है या मजबूत विद्रोह की अवधि के दौरान। ऐसी स्थितियाँ जिनमें समतुल्य संभावित तापमान ऊंचाई के साथ घटता है, संतृप्त हवा में अस्थिरता का संकेत देता है, बहुत अधिक सामान्य हैं।

चूंकि संभावित तापमान को एडियाबेटिक या आइसेंट्रोपिक वायु गतियों के तहत संरक्षित किया जाता है, स्थिर, एडियाबेटिक प्रवाह लाइनों या निरंतर संभावित तापमान की सतहों में क्रमशः स्ट्रीमलाइन, स्ट्रीकलाइन और पाथलाइन या प्रवाह सतहों के रूप में कार्य किया जाता है। इस तथ्य का उपयोग आइसेंट्रोपिक विश्लेषण में किया जाता है, सिनोप्टिक विश्लेषण का एक रूप जो वायु गति के दृश्य और विशेष रूप से बड़े पैमाने पर ऊर्ध्वाधर गति के विश्लेषण की अनुमति देता है।

संभावित तापमान गड़बड़ी

वायुमंडलीय सीमा परत (एबीएल) संभावित तापमान गड़बड़ी को एबीएल के संभावित तापमान और एबीएल के ऊपर मुक्त वातावरण के संभावित तापमान के बीच अंतर के रूप में परिभाषित किया गया है। इस मान को अधोगामी प्रवाह के मामले में संभावित तापमान घाटा कहा जाता है, क्योंकि सतह हमेशा मुक्त वातावरण की तुलना में ठंडी होगी और पीटी गड़बड़ी नकारात्मक होगी।

व्युत्पत्ति

ऊष्मप्रवैगिकी के पहले नियम का तापीय धारिता रूप इस प्रकार लिखा जा सकता है:

$dh=T\,ds+v\,dp,$

कहां $dh$ तापीय धारिता परिवर्तन को दर्शाता है, $T$ तापमान, $ds$ एन्ट्रापी में परिवर्तन, $v$ विशिष्ट मात्रा, और $p$ दबाव।

रुद्धोष्म प्रक्रियाओं के लिए, एन्ट्रापी में परिवर्तन 0 है और पहला नियम सरल करता है:

$dh=v\,dp.$

लगभग आदर्श गैसों के लिए, जैसे कि पृथ्वी के वायुमंडल में शुष्क हवा, स्थिति का समीकरण, $pv=RT$ पहले कानून में प्रतिस्थापित किया जा सकता है उपज, कुछ पुनर्व्यवस्था के बाद:

${\frac {dp}{p}}={{\frac {c_{p}}{R}}{\frac {dT}{T}}},$

जहां $dh=c_{p}dT$ इस्तेमाल किया गया था और दोनों शब्दों को उत्पाद द्वारा विभाजित किया गया था $pv$ अभिन्न उपज:

$\left({\frac {p_{1}}{p_{0}}}\right)^{R/c_{p}}={\frac {T_{1}}{T_{0}}},$

और हल करने के लिए $T_{0}$, वह तापमान जो एक पार्सल प्राप्त करेगा यदि रुद्धोष्म रूप से दबाव स्तर तक ले जाया जाता है $p_{0}$, आपको मिला:

$T_{0}=T_{1}\left({\frac {p_{0}}{p_{1}}}\right)^{R/c_{p}}\equiv \theta .$

संभावित आभासी तापमान

संभावित आभासी तापमान $\theta _{v}$, द्वारा परिभाषित

$\theta _{v}=\theta \left(1+0.61r-r_{L}\right),$

शुष्क हवा का सैद्धांतिक संभावित तापमान है जिसका घनत्व मानक दबाव पी पर नम हवा के समान घनत्व होगा₀. इसका उपयोग उछाल गणनाओं में घनत्व के व्यावहारिक विकल्प के रूप में किया जाता है। इस परिभाषा में $\theta$ संभावित तापमान है, $r$ जल वाष्प का मिश्रण अनुपात है, और $r_{L}$ हवा में तरल पानी का मिश्रण अनुपात है।

संबंधित मात्राएँ

ब्रंट-वैसाला आवृत्ति एक निकट से संबंधित मात्रा है जो संभावित तापमान का उपयोग करती है और वायुमंडलीय स्थिरता की जांच में बड़े पैमाने पर उपयोग की जाती है।

यह भी देखें

• गीला-बल्ब संभावित तापमान
• वायुमंडलीय ऊष्मप्रवैगिकी
• रूढ़िवादी तापमान
• समतुल्य संभावित तापमान

ग्रन्थसूची

• M K Yau and R.R. Rogers, Short Course in Cloud Physics, Third Edition, published by Butterworth-Heinemann, January 1, 1989, 304 pages. ISBN 9780750632157 ISBN 0-7506-3215-1

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• आतपन
• स्थिति के समीकरण

बाहरी कड़ियाँ

• Eric Weisstein's World of Physics at Wolfram Research