MLP_ATMOSFERA

ATMOSFERAATMOSFERA

UNIVERSITY OF SARAJEVO ¤ MECHANICAL ENGINEERING FACULTY ¤ DEFENSE TECHNOLOGIES DEPARTMENT ¤ www.dtd.ba 1

ATMOSFERA

Pod atmosferom se podrazumijeva gasoviti omotač ZemljePod atmosferom se podrazumijeva gasoviti omotač Zemlje.Nauka koja se bavi proučavanjem atmosfere naziva seaerologija dok promjenu parametara atmosfere izučavaaerologija, dok promjenu parametara atmosfere izučavameteorologija.


ATMOSFERA

Atmosfera se održava oko Zemljepomoću sile gravitacije.Bliže površini Zemlje vazduh jeveoma gust, njegovi težina ipritisak su najveći.S povećanjem visine vazduh

t j ij đipostaje rijeđi.Visina na kojoj prestajeatmosfera nije tačno utvrđenaatmosfera nije tačno utvrđena.


SASTAV ATMOSFERE

Atmosferski vazduh je fizička smjesaj jnekoliko stalnih gasova, hemijeskihspojeva i različitih gasovitih, tekućih ič tih d d t k

Komponenta Udio

Azot 78,09 %

čvrstih dodataka.Osnovni gasovi u nižim slojevimaatmosfere jesu azot (N) i kiseonik (O)

Kiseonik 20,95 %

Argon 0,93 %

atmosfere jesu azot (N) i kiseonik (O).Volumni udjeli količine gasova u suhomvazduhu na morskoj površini prikazani

Ugljen dioksid

0,03 %

Neon 0,0018 %vazduhu na morskoj površini prikazanisu u tabeli.Niži slojevi atmosfere sadrže značajan

Vodonik 0,001 %

Helij 0,0004 %Niži slojevi atmosfere sadrže značajanpostotak vodene pare, te čestice soli iprašine, kao i razne organske i

Kripton 0,0000049 %

Ozon 0,000003 %

UNIVERSITY OF SARAJEVO ¤ MECHANICAL ENGINEERING FACULTY ¤ DEFENSE TECHNOLOGIES DEPARTMENT ¤ www.dtd.ba

neorganske sastojke.4

Ksenon 0,00000059 %

SASTAV ATMOSFERE

Kao posljedica vertikalnih strujanja u atmosferi, taj sastav vazduhap j j j , jostaje gotovo nepromijenjen u nižim slojevima atmosfere.Mijenja se samo udio vodene pare.Osim vodene pare, važan sastavni dio vazduha su prašina iorganski sastojci.Prašina dolazi u atmosferu uglavnom s vrlo suhih površina (stepa ipustinja), a zatim kao vulkanska prašina, industrijska prašina (dim),č ti li ( d ki ši ) i dčestice soli (nad morskim površinama), i dr.Može biti i svemirskog porijekla (kosmička prašina).


ATMOSFERA

Vazdušni pritisak, temperatura,gustina i viskoznost variraju svisinomvisinom.Ove promjene u fizičkimkarakteristikama atmosfere utičukarakteristikama atmosfere utičuna otpor vazduha, a prematome i na domet projektila.p j


ATMOSFERA

Prema hemijskom sastavu vazduhaatmosfera se dijeli u dva osnovna sloja:• homosfera i• heterosfera.

Međusloj se naziva homopauza.Slojevi atmosfere koji su pod utjecajemj j p j jSunčeva ultraljubičastog zračenjamanje ili više jonizirani nazivaju sej fjonosferom.


SLOJEVI ATMOSFEREHomosferu čine tri sloja:

• troposferatroposfera,• stratosfera i• mezosfera.Temeljna je osobina homosfere molekularno stanje gasova.Ona se prostire do 90 km visineO a se p ost e do 90 s eHeterosferu čine dva sloja:

• termosfera i• egzosfera.U heterosferi počinju disocijacije molekula gasova pod uticajemp j j j g p jkosmičkih zraka, tj. molekule su razbijene na atome.Između tih slojeva postoje prelazni slojevi od nekoliko stotina metara


j p j p jvisine (tropopauza, stratopauza itd.)

8

ATMOSFERASlojevi jonosfere dobili su svoja imena od početnih slova latinskeabecede:• najniži sloj jonosfere je jonizirani sloj D (na oko 60 km),• iznad njega je Kennelly-Heavisideov sloj E (na 80 do 120 km),j g j y j ( )• a zatim sloj F (Appletenov sloj), koji se dijeli danju, osobito ljeti na F1 i F2 i• najviši sloj G.

Sloj D je najizrazitiji danju i nestaje odmah nakon zalaska Sunca. Tajsloj reflektira duge radio-talase, a apsorbira srednje i kratke; zbog togaj ij di i ij k tki i d ji t l i b lji ćje prijem radio-emisija na kratkim i srednjim talasima bolji noću.Sloj E reflektira srednje i duge radio-talase; nestaje noću kao i sloj D.Slojevi F1 i F2 važni su za telekomunikacijske veze na velikim daljinamajer reflektiraju kratke radio-talase.


OZONSKI SLOJOzonski sloj je područje koncentracije molekula ozona u atmosferiZemlje.jOvaj sloj se nalazi na visini između 20 i 40 km od površine Zemlje.Maksimalna koncentracija je u stratosferi na visini približno 25 km.Maksimalna koncentracija je u stratosferi na visini približno 25 km.Ozon nastaje prirodno u stratosferi kombinacijom atomskog (O) imolekularnog (O2) kiseonika.g ( 2)Ovaj proces se aktivira sunčevom svjetlošću.Ozon se raspada prirodno apsorbcijom ultravioletne radijacijep p p j j j

O3 + UV → O2 + O i sudarom ozona s drugim atomima i molekulama u atmosferii sudarom ozona s drugim atomima i molekulama u atmosferi

O3 + O → 2O2O3 + O3 → 3O2


3 3 2

10

ATMOSFERA


TROPOSFERAU troposferi se nalazi oko 75% ukupnemase atmosfere i osnovni dio vodenemase atmosfere i osnovni dio vodenepare.Bitna osobina troposfere je smanjenjeBitna osobina troposfere je smanjenjetemperature sa visinom.U troposferi mogu nastupiti značajnaU troposferi mogu nastupiti značajnahorizontalna, a rjeđe i vertikalna strujanjavazdušne mase, koja nazivamovjetrovima.Horizontalni vjetrovi nastaju zbog razlike

iti k i j ti ljipritiska na raznim mjestima zemljinepovršine, dok su vertikalni vjetroviposljedica prevelikih razlika temperature


posljedica prevelikih razlika temperatures visinom.

12

TROPOSFERA

• Troposfera se prostire doTroposfera se prostire dovisine oko 12 km od površineZemlje.O iti k j d 1000 d• Opseg pritiska je od 1000 do200 milibara.

• Temperatura se generalno• Temperatura se generalnosmanjuje s porastom visinedo tropopauze (vrht f )troposfere)

• Srednje vrijednostitemperature su od 15°C natemperature su od 15 C napovršini Zemlje do -57°C utropopauzi.


TROPOSFERATroposfera ima različitu visinu: na ekvatoru 16 - 18 km, iznadumjerenih širina oko 11 km, a na polovima samo 8 - 10 km.j , pU troposferi se nalazi gotovo sva vodena para i zbog toga se samo unjoj stvaraju oblaci koji daju oborine.j j j j jSve vremenske pojave koje opažamo događaju se u troposferi.Iako je debljina troposfere malena, taj sloj atmosfere ima najvećej j p , j j jznačenje za život na Zemlji.Brojnim mjerenjima ustanovljeno je da je do visine od 8 km sastavvazduha približno isti kao i uz Zemljinu površinu.Visina troposfere, izvan koje je nemoguć opstanak živih bića bezumjetnog kiseonika iznosi oko 15 km.


TROPOSFERADebljina tropopauze je različita, a kreće se između dvije stotine metarai nekoliko kilometara.U njoj prestaje opadanje temperature s visinom (izotermija), a dolazi ido porasta temperature (inverzija).p p ( j )U nižim slojevima troposfere temperatura pada s porastom visine iznekoliko razloga:• s povećanjem nadmorske visine utjecaj Zemljine radijacije sve je slabiji;• donji slojevi troposfere gušći su i bogatiji vodenom parom pa imaju i veću

ć ij d iših l jmoć apsorpcije od viših slojeva;• pri vertikalnom strujanju zraka, zrak koji se diže ekspandira i zbog toga

rashlađujerashlađuje.


TROPOSFERA


Photo © 2004 Edward Tsang

TROPOSFERATemperatura pada s visinom naročito ljeti i u toku dana za vedravremena, jer je tada insolacija (količina energije što je prima Zemlja sa, j j j ( g j j p jsunčevima zrakama) veća od radijacije.U homogenoj vazdušnoj masi u kojoj je padanje temperature s visinomg j j j j j p j ppravilno, mjerenjima je ustanovljeno da u srednjim geografskimširinama u većem dijelu troposfere srednja vrijednost padanjat t ( tik l i dij t t t ) i i 0 56°C kihtemperature (vertikalni gradijent temperature) iznosi 0,56°C na svakih100 m visine.Zato kada se žele uporediti temperature nekih mjesta na različitimZato, kada se žele uporediti temperature nekih mjesta na različitimnadmorskim visinama, najprije se svedu na morsku razinu.Spomenuto padanje temperature je pravilno ali ima i izuzetakaSpomenuto padanje temperature je pravilno, ali ima i izuzetaka.


TROPOSFERAČesto zbog raznih procesa u atmosferi, s porastom visine temperaturavazduha ostaje nepromijenjena.j p j jTa pojava zove se izotermija, a takav sloj izotermni sloj.Međutim, često se na visini pojavi viša temperatura od one uMeđutim, često se na visini pojavi viša temperatura od one ususjednom nižem sloju.Takva pojava naziva se inverzija (obrat) temperature.p j j ( ) p


TROPOSFERA


TROPOPAUZA

Tropopauza je sloj koji označavap p j j jprelaz iz troposfere u stratosferu.Počinje u tački gdje na većemrasponu nema promjenetemperature.Vjetrovi u troposferi povećavajubrzinu sa porastom visine domlaznog strujanjamlaznog strujanja.Koncentracija vlage opada sporastom visine do tropopauzeporastom visine do tropopauze.Vazduh je mnogo suhlji iznadtropopauze, u stratosferi.


t opopau e, u st atos e

20

STRATOSFERAProstire se od troposfere do 40 km visine, otprilike od 11 km do 50 kmod površine Zemlje.p jU njoj je temperatura postojana sve do 25 km, a iznad tog slojanastaje blago povećanje temperature.j g p j pNa vrhu stratosfere temperatura je oko 0°C.Stratosferu karakteriše velika količina ozona, naročito na visini od 20,do 25 km, koji apsorbira ultravioletne zrake i zagrijava slojevevazduha.Vazduh je vrlo razrijeđen i ima malo primjesa, a naročito ima vrlo malovodene pare, pa zato u stratosferi nema oblaka koji bi davali oborine.Nebo gledano iz stratosfere gotovo je crno, s tamnoplavim i ljubičastimsjenama, jer je rasipanje Sunčeve svjetlosti vrlo slabo.


STRATOSFERAS razvitkom raketne tehnike proučavanju stratosfere pridaje se velikoznačenje, naročito zato što se u tom sloju vrši zračni promet.j , j pStratosfera ima velike prednosti pred troposferom, njenim čudljivimvremenom i njenom velikom gustoćom vazduha, koja avionima kočij g jbrzinu leta.


MEZOSFERAProstire se na visini od 50 do 80 km iznad površine Zemlje.Zavisno od vrijednosti temperature dijeli se u dva dijelaZavisno od vrijednosti temperature, dijeli se u dva dijela.Prvi dio (toplo sloj) nalazi se na 50 - 60 km visine.U tom sloju temperatura raste s visinom i u gornjoj granici dosiže i doU tom sloju temperatura raste s visinom i u gornjoj granici dosiže i do100°C (čemu je uvjet prisutnost sloja ozona), a u drugom sloju opadas visinom i dosiže do -100°C.S naglim padom temperature nastaju i jaka vertikalna strujanja.


TERMOSFERATermosfera je dio Zemljine atmosfere od 80 do 800 km.U termosferi temperatura naglo raste: od -100°C na donjoj granici paU termosferi temperatura naglo raste: od -100 C na donjoj granici, pado više stotina stupnjeva u njezinu gornjem dijelu.Takav porast temperature moguć je zbog jakog upijanja SunčevihTakav porast temperature moguć je zbog jakog upijanja Sunčevihultravioletnih zraka koje vrše disocijaciju molekula na atome.Atmosferski sloj na visini od 120 km smatra se granicom rasipanjaj g p jsvjetlosti koja određuje boju neba, a iznad te visine nebo se činisasvim crno.U nižim slojevima vlada vječna tišina jer se zvuk ne rasprostire nadaljinu.Smatra se da prilike u termosferi djelomično odgovaraju uvjetima kojivladaju u svemiru.


EGZOSFERADio Zemljine atmosfere zaključno s termosferom u kojemu se slojeviodređuju na osnovi promjena tempetarure prema visini naziva se još ij p j p p junutrašnja sfera.Iznad nje počinje vanjski dio atmosfere - egzosfera.j p j j gNjena granica još nije točno određena, neki smatraju da se onaprostire na visini od 300 do 400 km, a drugi na visini od 800 do 1000km iznad Zemljine površine.U egzosferi su molekule i atomi vazduha razrijeđeni i imaju tolikub i d j d di č ti l kih ( dik h lij ) l dbrzinu da jedan dio čestica lakih gasova (vodika, helija) savladavaZemljinu težu i odlazi u svemir.Teoretski iznad 300 km visine temperatura egzosfere prelazi 230°CTeoretski, iznad 300 km visine, temperatura egzosfere prelazi 230°C,a moguća je i temperatura do 690°C.


EGZOSFERANa osnovi mjerenja izvršenih pomoću umjetnih meteoroloških satelitapretpostavlja se da u gornjim slojevima egzosfere temperatura dosiže ip p j g j j g pviše od 1500°C.Računom je određeno da je u prostoru na visini od 200 km mogućej j p gpostojano i slobodno kretanje jer je otpor vazduha sasvim malen.To je najniža visina na kojoj mogu oko Zemlje kružiti umjetni sateliti.Iznad 200 km djeluju svi faktori međuplanetarnog prostranstva i dolazedo izražaja svemirski uvjeti.Zasada je teško utvrditi da li visina od 1000 km pripada Zemljinojatmosferi ili pak svemiru.


STANDARDNA ATMOSFERAKarakteristike atmosfere (fiktivna temperatura, pritisak i vjetar)promjenjive su, ne samo od jednog do drugog mjesta (geografskogp j j , j g g g j (g g gpoložaja), već i u toku vremena.Te razlike su velike i između dana i noći, a još veće u zavisnosti odjgodišnjeg doba.Zbog toga se nameće potreba za nekom “normalnom atmosferom”,koja će služiti kao referentna atmosfera.Normalna (standardna) atmosfera se definiše prizemnim

t l ški l i i j t t i imeteorološkim uslovima i promjenom temperature sa visinom.Zakon o vertikalnoj ravnoteži omogućava, da se na osnovu poznatepromjene temperature sa visinom odrede promjene pritiska a s tim ipromjene temperature sa visinom, odrede promjene pritiska, a s tim ipromjene gustine i brzine zvuka.


STANDARDNA ATMOSFERAAtmosfera čije je stanje unaprijed određeno naziva se standardnaatmosfera (SA).( )Fizikalne karakteristike SA predstavljene su srednjim vrijednostimameteoroloških elemenata, koji su dobiveni dugogodišnjim mjerenjima ij g g j j jone se odnose na suhi vazduh.1920. godine na temelju mjerenja postavljena je Međunarodnastandardna atmosfera (MSA) koja se do danas nekoliko putamijenjala, posebice zbog sve preciznijih mjerenja na većim visinama.Z t b M đ d i ij i il ij ij (ICAOZa potrebe Međunarodne organizacije civilne avijacije (ICAO-International Civil Aviation Organization) postavljena je SA ICAO.


PARAMETRI ATMOSFERE

Stanje gasa je određeno temperaturom T, pritiskom p i gustinom ρ.Temperatura T je mjera kinetičke energije molekula gasa.

[ ] [ ]CtKT °+= 16.273Pritisak p nastaje kadgod sila djeluje na neku površinu,

Fp =

jedinice za pritisak:P N/ 2

Ap =

Pa = N/m2

bar = 105 Pambar = 1 33322 mmHgmbar = 1.33322 mmHg

Gustina ρ se definiše kao odnos mase i zapremine,⎤⎡ kgm


⎥⎦⎤

⎢⎣⎡= 3mkg

Vmρ

29

PARAMETRI ATMOSFERE

Ove tri veličine su međusobno vezane jednačinom stanja gasova:j j g

gdje je R gasna konstanta zavisna od molekularnih svojstava gasa.TRp ⋅⋅= ρ

g j j g j gU uobičajenim jedinicama jednačina stanja ima oblik:

[ ]bk ⎤⎡ [ ][ ]

[ ]KTmbarp

mkg

⎤⎡

⋅=⎥⎦⎤

⎢⎣⎡ 34833.03ρ

[ ][ ]KTmmHgh

mkg

⋅=⎥⎦⎤

⎢⎣⎡ 46447.03ρ


PARAMETRI ATMOSFERE

Relativna vlažnost je količina vodene pare u vazduhu u poređenju sRelativna vlažnost je količina vodene pare u vazduhu u poređenju skoličinom vodene pare koja je potrebna da bi vazduh bio zasičen natrenutnoj temperaturi vazduha. Relativna vlažnost se izražava u

ti i ž i č ti ličit čiprocentima i može se izračunati na različite načine.Brzina zvuka (a). Može se odrediti iz relacije:

TRa ⋅⋅= γ

gdje je γ odnos specifičnih toplota (γ = c /c = 1.4 za vazduh).gdje je γ odnos specifičnih toplota (γ cp/cv 1.4 za vazduh).

Brzina zvuka postaje konstantna u stratosferi gdje je temperaturap j g j j pkonstantna.


PARAMETRI ATMOSFEREViskoznost (μ). Dinamička viskoznost fluida je mjera njegovogotpora klizanju jednog sloja u odnosu na drugi.p j j g j gViskoznost tečnosti se smanjuje kako temperatura raste, a za gasovese povećava s porastom temperature.p p pKoeficijent kinematske viskoznosti predstavlja odnos dinamičkeviskoznosti fluida i njegove gustine, tj. μ/ρ.Kako vazduh ima veoma malu viskoznost i ovaj broj je, takođe,veoma mali.Gravitaciono ubrzanje (g). Često ze zahtjeva u proračunima iobično se uzima g = 9.80665 m/s2 za sve proračune na nivou mora.


TEMPERATURA

Temperatura vazduha je temperaturap j pokoline i mjeri se na visini 1.5 m iznadpovršine.Temperatura zemlje može biti višestepeni veća ili manja od temperaturevazduhavazduha.Razlika zavisi od količine radijacijskogzagrijavanja ili hlađenja na površinizagrijavanja ili hlađenja na površini.Temperatura u višim slojevimavazduha mjeri se najčešće upotrebomvazduha mjeri se najčešće upotrebomsistema za sondiranje atmosfere saradio sondom.


TEMPERATURA


TEMPERATURA


PRITISAKVazdušni pritisak je jedan od ključnih faktora koji određuje vremenskeprilike.Vazdušni pritisak je prouzrokovan težinom vazduha koja pritišćeZemlju, okean i vazduh iznad.Z lji it ij k j il k j j j k tZemljina gravitacija prouzrokuje silu koja je usmjerena ka centruZemlje i koja je poznata kao težina.Standardni atmosferski pritisak na površini Zemlje je 1013 25 millibaraStandardni atmosferski pritisak na površini Zemlje je 1013.25 millibara.Pad pritiska nije isti za iste raspone visine:(vrijednosti bazirane na modelu standardne atmosfere)(vrijednosti bazirane na modelu standardne atmosfere)• od 0 km do 1 km pritisak pada od 1013 do 900 mb• od 10 km do 11 km pritisak pada od 260 do 230 mbp p• od 20 km do 21 km pritisak pada od 55 do 47 mb


PRITISAK


PRITISAK


GUSTINA VAZDUHASuh vazduh

Na nivou mora, ako je vazduh potpuno suh (u vazduhu nema vodene, j p p (pare) a temperatura je 0ºC, kubni metar će sadržavati 1.275 kgvazduha u sebi.D i j či ti d h j 1 275 k / 3Drugim rječima, gustina vazduha je 1.275 kg/m3.Gustina vazduha zavisi od njegove temperature, pritiska i kolikomnogo je vodene pare u vazduhumnogo je vodene pare u vazduhu.Efekat povećanja temperature• U slobodnoj atmosferi, gustina vazduha opada kada se vazduhU slobodnoj atmosferi, gustina vazduha opada kada se vazduh

zagrijava.Efekat povećanja pritiska• Pritisak ima suprotan efekat jer se smanjenjem pritiska smanjuje

gustina.


GUSTINA VAZDUHA

Avogadro-ov zakonItalijanski fizičar Amadeo Avogadro je otkrio početkom XIX vijeka daItalijanski fizičar Amadeo Avogadro je otkrio, početkom XIX vijeka, dakonstantni volumen gasa, recimo 1 metar kubni, pri istoj temperaturi ipritisku treba uvijek imati isti broj molekula bez obzira koji je gas up j j j j gvolumenu.


GUSTINA VAZDUHA

Vlažan vazduh (vazduh sadržiVlažan vazduh (vazduh sadrživodenu paru)U slobodnoj atmosferi, dodavanjej , jvodene pare u vazduh dovodi dozamjene nekih težih molekula azota ilikiseonika s lakšim molekulama vode.U poređenju s temperaturom i

iti k d h l ti l ž tpritiskom vazduha, relativna vlažnostima mali uticaj na gustinu vazduha.Ali vlažan vazduh je lakši od suhogAli, vlažan vazduh je lakši od suhogvazduha na istoj temperaturi i priistom pritisku.


sto p t s u

41

VLAŽNOST VAZDUHA

Kako Sunce zagrijava površinu Zemlje, voda se diže u obliku vodene


g j p jpare iz jezera, rijeka, okeana, zemlje, zasada i drugih izvora. Ovajproces se naziva isparavanje.

VLAŽNOST VAZDUHAGeneralno, vlažnost je opšti izraz koji pokazuje mjeru vodene paresadržane u atmosferi.Relativna vlažnost izražava procenat vodene pare koja je stvarnosadržana u vazduhu u poređenju s količinom koja je potrebna da bip j j j pvazduh bio zasičen na istoj temperaturi i pri istom pritisku.Površinski i planetarni granični sloj sadrže oko polovine od ukupnevodene pare u atmosferi.Vodena para je jedan od najvažnijih dijelova atmosfere.Količina vodene pare u vazduhu je veoma promjenjiva jer su i izvoriisparavanja i kondenzacije koji doprinose stvaranju vodene pareveoma varljiviveoma varljivi.Vodena para nije samo sirov materijal za oblake i kišu, ona takođeutiče na prenos toplotne energije


utiče na prenos toplotne energije.

43

VLAŽNOST VAZDUHAU toplom vazduhu, visoka relativna vlažnost ukazuje na veliki sadržajvodene pare.pKada su temperature vazduha niske, visoka relativna vlažnost neindicira veliki sadržaj vodene pare, jer hladan vazduh ne može imatij p jtako mnogo vodene pare kao topao vazduh.Tačka rošenja je temperatura na koju se vazduh mora ohladiti prikonstantnom pritisku da bi bio zasičen. Tačka rošenja je pogodna kaopribližna mjera vodene pare prisutne u vazduhu.N i j k j t t d h 16°C t čk š j j 10°CNa primjer, ako je temperatura vazduha 16°C a tačka rošenja je 10°C,ovaj vazduh će postati zasičen ako temperatura padne na 10°C.Kako se temperatura približava tački rošenja dešava se kondenzacijaKako se temperatura približava tački rošenja dešava se kondenzacija.Rošenje je jedan oblik kondenzacije. Kada je razlika izmeđutemperature i tačke rošenja 2°C ili manje, magla će se vjerovatno


temperature i tačke rošenja 2 C ili manje, magla će se vjerovatnoformirati.

44

VLAŽNOST VAZDUHA

Vazduh je smjesa gasova (azot, vodonik, kiseonik, vodena para iplemeniti gasovi)Svi gasovi su u stalnom odnosu u smjesi, izuzev vodene pare.V d h d kl t k l ž j j ji dVazduh, dakle, posmatramo kao vlažnu smjesu promjenjivog odnosaizmeđu vodene pare i suhog vazduhaNeka je v zapremina vlažnog vazduha na temperaturi T i pritisku p uNeka je v zapremina vlažnog vazduha, na temperaturi T i pritisku p, ukojoj se nalazi ms suhog vazduha i mv vodene pare. Ukupna masavlažnog vazduha je:

Ako iz zapremine v izvadimo sav suhi vazduh ms, u zapremini ostajekoličina lage m na istoj temperat ri T

vs mmm +=

količina vlage mv na istoj temperaturi T.Ta količina vlage će se raširiti i biće pod mnogo manjim pritiskom pvkoji nazivamo parcijalni pritisak vodene pare


koji nazivamo parcijalni pritisak vodene pare.

45

VLAŽNOST VAZDUHAVLAŽNOST VAZDUHAPrema Dalton-ovom zakonu zbir parcijalnih pritisaka jednak je totalnom

iti kpritisku:

t t l i iti kvs ppp +=

p – totalni pritisakps – parcijalni pritisak suhog vazduha

ij l i iti k dpv – parcijalni pritisak vodene pareili u mmHg:

hhRelativna vlažnost predstavlja odnos parcijalnog pritiska vodene pare i

iti k ič d

ehh s +=

pritiska zasičene vodene pare:

max// vvm ppee ==ϕ


FIKTIVNA TEMPERATURAFIKTIVNA TEMPERATURAVlažni vazduh se sastoji od suhog vazduha i vodene pare.Jednačina stanja idealnog gasa za suhi vazduh je:

pri čemu je:RTmvp ss =

R - gasna konstanta suhog vazduhaps - parcijalni pritisak suhog vazduha

Jednačina stanja idealnog gasa za vodenu paru je:

i č jTRmvp vvv =

pri čemu je:Rv - gasna konstanta vodene parep parcijalni pritisak vodene parepv - parcijalni pritisak vodene pare

Veza između gasne konstante vodene pare Rv i gasne konstantesuhog vazduha R: 8


g

47

RRv 58

=

FIKTIVNA TEMPERATURAFIKTIVNA TEMPERATURAJednačina stanja idealnog gasa za vodenu paru napisana pomoću

k t t h d h jgasne konstante suhog vazduha je:

RTmvp vv =5

Ako ovu jednačinu saberemo sa jednačinom stanja suhog vazduhaimamo

p vv8

imamo:RTmvp ss =

RTmvp vv =

+

85

( )RTmmvpp

p

vsvs

vv

+=⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +

58


( )mmvpp vsvs ⎟⎠

⎜⎝ 8

48

FIKTIVNA TEMPERATURA

Koristeći Dalton-ov zakon,,

i da jevs ppp −=

j

vmm vs +=ρ

dobivamo:v

TRvmmppp vs

vv ⋅⋅+

=⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ ⋅+−

85

TRpp v ⋅⋅=⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ ⋅− ρ

83


FIKTIVNA TEMPERATURAIz posljednje jednačine je:

1TR ⋅=

3

1ρ

tj.:vpp ⋅−

83

pp

TR ⋅⋅

=

3

1ρ

pp v⋅−83

TpRp

⋅=

3

ρ

UNIVERSITY OF SARAJEVO ¤ MECHANICAL ENGINEERING FACULTY ¤ DEFENSE TECHNOLOGIES DEPARTMENT ¤ www.dtd.ba 50ppv⋅−

831


Ako su pritisci mjereni u mmHg, onda je:p j g, j

Th4645.0=ρ

he

831−

što nam daje gustinu vlažnog vazduha u zavisnosti od pritiska itemperature smjese i parcijalnog pritiska vodene pare.p j p j g p pAko u smjesi nema vodene pare (e = 0, h = hs), onda je vazduh suh ijednačina za gustinu se svodi na specijalni oblik jednačine stanjasuhog vazduha:

hs 4645.0=ρ


Ts 6 5.0ρ

51


Poređenjem jednačine stanja suhog vazduha sa jednačinom kojaj j j g j jdaje gustinu vlažnog vazduha, možemo utvrditi analogiju.Ako sa τ označimo fiktivnu temperaturu vlažnog vazduha

eT31

=τ

onda je gustina vlažnog vazduha data jednačinomh8

1−

j g g j

τρ h

⋅= 4645.0

odnosno, vlažan vazduh možemo u proračunima smatrati zaidealan gas (umjesto izmjerene temperature T u jednačine unosimo

τ


fiktivnu temperaturu τ)52


Gustina vlažnog vazduha i brzina zvuka u vlažnom vazduhu su:g

τρ =

Rp

gdje je: k – odnos specifičnih toplota pri konstantnom pritisku iτ⋅⋅= Rka

gdje je: k odnos specifičnih toplota pri konstantnom pritisku ikonstantnoj zapremini (za vazduh k = 1.4)Ako pritisak izrazimo u mmHg onda je:p g j

ρ 4645.0 ⋅=h

ττ

05.20=a


PRIMJERPretpostavimo da je temperatura vazduha T = 15ºC, pritisak 750mmHg a relativna vlažnost φ = 75% Kolika je gustina vazduha immHg, a relativna vlažnost φ = 75%. Kolika je gustina vazduha ibrzina zvuka u tom vlažnom vazduhu?Za temperaturu T = 15ºC, parcijalni pritisak vodene pare u zasičenomZa temperaturu T 15 C, parcijalni pritisak vodene pare u zasičenomvlažnom vazduhu je:

em = 12.8 mmHgm gpa je za relativnu vlažnost 75% parcijalni pritisak vodene pare:

e = φ· em = 0.75·12.8 = 9.6 mmHg e’(mmHg)t (ºC)e’(mmHg)t (ºC)φ m gFiktivna temperatura datog vlažnog vazduha je:

T 1627315+ 21,12311,21319,82210,51218,7219,81117,5209,210

K

he

T 55.289

7506.9

831

16.27315

831

=−

+=

−=τ

23,82512,81525,22613,61626 72714 517

22,42412,014


h 75088

54

30,02916,51928,42815,51826,72714,517

PRIMJER

Drugi načingParcijalni pritisak vodene pare, za temperaturni interval -20 do 300C

6326.7 T⋅

)(][10107.6' 9.241 CuTmbarp T °⋅= +

][333221][ mmHghmbarp ⋅= ][33322.1][ mmHghmbarp ⋅=

][ 17.0405610107.6' 159.241156326.7

mbarp =⋅= +⋅

][p

][ 7815.12333221

17.04056' mmHge ==

mmHg 9.586 12.7815 0.75 e =⋅=

33322.1


PRIMJER

Gustina vlažnog vazduha i brzina zvuka u vlažnom vazduhu su:g

τρ 4645.0 ⋅=

h

odnosno, u ovom slučaju:τ05.20=a

odnosno, u ovom slučaju:

mkg /203175046450 3=⋅=ρ

sma

mkg

/17.34155.28905.20

/203.155.289

4645.0

==

==ρ


VERTIKALNA RAVNOTEŽA

Vazduh u raznim tačkama ima različitu temperaturu i pritisakU određenom trenutku njihova promjena sa visinom je znatna, dok semalo mijenja u horizontalnom pravcu, tj. temperatura i pritisak susamo funkcije od visine ysamo funkcije od visine y.Osnovna pretpostavka, u ovom slučaju, je da se vazduh nalazi umiru, tj. nema pomjeranja vazdušne mase.miru, tj. nema pomjeranja vazdušne mase.Posmatrajmo sloj vazduha debljine dh, između visine y i y+dyNa visini y vlada pritisak p koji na donju površinu S sloja vazduhay p p j j p jdjeluje silom pS vertikalno navišeNa visini y+dy vlada pritisak p+dp koji na gornju površinu S slojaa d ha djel je silom ( +d )S ertikalno naniževazduha djeluje silom (p+dp)S vertikalno naniže

Sam sloj vazduha ima težinu G = gρSdy, koja djeluje vertikalnonaniže


naniže.

57




Iz uslova da nema pomjeranja vazduha, zbir sila koje djeluju na slojp j j , j j j jvazduha treba da je jednak nuli:

( ) 0=−+− SdygSdpppS ρili

( ) 0+ SdygSdpppS ρ

dygdp ρ−=Kako je:

dygdp ρ

ρ p

prethodnu jednačinu možemo pisati:τ

ρRp

=

p j p

τRdyg

pdp

−=


τRp

ICAONema vjetraPritisak se mijenja sa visinom po zakonu vertikalne ravnotežePritisak se mijenja sa visinom po zakonu vertikalne ravnotežeTemperatura je linearna funkcija od visineVazduh je suhVazduh je suhKarakteristične konstante ove atmosfere:• T = 288 16 K• T0 = 288.16 K• h0 = 760 mmHg• ρ0 = 1.226 kg/m3ρ0 1.226 kg/m• a0 = 340.43 m/s• R = 287.1 Nm/kgKg• k = 1.401• g = 9.8065 m/s2


ICAO


ICAO

Promjena pritiska i temperature sa visinom su:j p p

110000 ≤≤ y( ) 25615000022 60160

0065.016.288

h

yT −=

2500011000 ≤≤ y

( ) 2561.500002256.01760 yh −⋅=

66.216=T

Linearna promjena temperature sa visinom je usvojena a promjena

2500011000 ≤≤ y ( )110002561.575.169 −−⋅= yeh

Linearna promjena temperature sa visinom je usvojena, a promjenapritiska je dobivena iz diferencijalne jednačine koja predstavljavertikalnu ravnotežu i uslova da je pritisak pri zemlji 760 mmHg


Documents

MLP_ATMOSFERA