Por que a temperatura diminui com o aumento de altitude? |
A temperatura diminui à medida que a altitude aumenta porque a pressão do ar é menor em altitudes mais elevadas. O processo pelo qual a temperatura do ar diminui devido à redução da pressão é chamado de resfriamento adiabático. Se uma determinada parcela do ar se move para cima, a sua temperatura diminui, mesmo que não haja troca de calor com o meio envolvente; se ele se move para baixo, a sua temperatura aumenta.
Os processos adiabáticos são aqueles em que a temperatura de um fluido é alterada devido à mudança na pressão sem o ganho ou perda de calor com o ambiente. Tenha em mente que os líquidos e os gases são tipos de fluidos, e no mundo real não existe um processo totalmente adiabático. Há sempre alguma transferência de calor em situações reais, mas muitos processos, tal como o ar subindo ou caindo na atmosfera, estão perto o suficiente para serem considerados adiabáticos.
A primeira lei da termodinâmica afirma que a energia não pode ser criada ou destruída. Conforme o ar sobe ou desce, a quantidade total de energia dentro dele permanece a mesma. A área que ele preenche, no entanto, muda. Cada camada de uma esfera é maior do que a anterior. Portanto, há mais espaço para ser preenchido mais acima na atmosfera. É por isso que a pressão cai com o aumento da altitude. A parcela de ar deve expandir-se para preencher uma área maior. A sua energia pode manter a sua temperatura, que é uma medida de energia cinética média, ou pode expandir-se, mas não se pode realizar os dois processos.
Pode parecer contraditório dizer que um processo adiabático é aquele em que o calor se mantém constante e a temperatura diminui. Na física, o calor e a temperatura são conceitos diferentes. O calor é uma medida da energia total do movimento molecular dentro de um objeto, enquanto que a temperatura é uma medida da energia média do movimento dentro desse objeto. Um iceberg gigante, por exemplo, contém mais calor do que uma panela com água fervente, embora a temperatura da água seja maior.
Taxa de lapso adiabático
A taxa à qual o ar se aquece ou resfria à medida que ele desce ou sobe é constante. No ar insaturado, ou seja, o ar que possui menos água do que ele pode conter, a taxa de lapso adiabático é igual a 10 graus Celsius por 1.000 metros. Isso significa que se uma massa de ar sobe 2.000 metros, por exemplo, sua temperatura cairá 20 graus Celsius, e a recíproca é verdadeira se o ar descer 2.000 metros.