Processos diabáticos e diabáticos na atmosfera

Quando eu estava na graduação e depois no mestrado, tive muitas aulas que abordaram as leis da Termodinâmica. Eu não quero me estender nesse assunto ao longo desse post, mas em alguns momentos eu precisarei falar principalmente sobre a Primeira Lei da Termodinâmica. Farei isso de maneira simplificada, sem entrar muito em todos os detalhes da Física, porque o objetivo aqui é ir o mais direto possível para a aplicação, que é a Física da Atmosfera. Por isso, os físicos que chegarem a esse post, por favor, não tenham siricuticos, mas se quiserem acrescentar alguma correção ou algo construtivo, fiquem a vontade!

A gente pode enunciar a Primeira Lei da Termodinâmica assim:

variação de calor = variação de trabalho + variação de energia interna

Os físicos podem chorar a vontade com minha simplificação, eu bebo lágrimas de físicos hahahaha. Falando sério, eu quero chegar direto ao ponto.

• a variação de trabalho ocorre quando a parcela de ar muda de tamanho. Se a parcela se expande, esse termo é positivo. Se a parcela se contrai, o termo é negativo
• a variação de energia interna ocorre quando há variação da temperatura da parcela. O termo é positivo quando há aumento de temperatura e negativo quando há redução na temperatura.

Bom, acho que agora já temos o que é preciso para falar de processo diabático e adiabático, dando exemplos, claro!

Processo diabático

O processo é diabático quando há fornecimento ou remoção de energia da parcela de ar e isso significa que a variação de calor (termo à esqueda sinal de igual) sofre algum tipo de alteração. Um exemplo bem do dia a dia: quando a gente coloca uma panela com água sobre a chama de um fogão a água se aquece por um processo diabático, porque a chama do fogão fornece calor para a panela que por condução fornece calor para a água.

Quando o ar frio se aquece ao passar por uma superfície mais quente, quando por exemplo o ar continental polar vai para o oceano e o oceano aquece esse ar diabaticamente. Quando há perda de calor no processo de evaporação ou ganho de calor no processo de condensação: ambos são processos diabáticos.

Nevoeiros de radiação e nevoeiros de adveção são processos diabáticos. Em um nevoeiro de radiação, a parcela de ar sobre uma superfície se resfria durante uma noite de céu limpo, ventos fracos e umidade relativamente alta. A parcela de ar vai perdendo calor ao longo da noite a ponto de a temperatura dessa parcela atingir a temperatura do ponto de orvalho e com isso uma nuvem Stratus se formará bem próxima da superfície. Um nevoeiro de advecção ocorre quando o ar quente e úmido passa sobre uma superfície fria, resfriando-se por contato até atingir a saturação (e formar a nuvem Stratus). Nos dois casos, o termo variação de calor da nossa equação é alterado, o que caracteriza um processo diabático.

Processo adiabático

Um processo adiabático ocorre quando existe variação de temperatura da parcela, mas sem troca de calor com o ambiente. Desse modo o termo variação de calor = 0. Com isso, nossa equação pode ser reescrita como:

– variação de trabalho = + variação de energia interna

E isso significa que:

• quando a parcela se expande, a variação de temperatura é negativa
• quando a parcela se contrai, a variação de temperatura é positiva.

Agora a gente vai ter que voltar rapidinho na Lei dos Gases Ideais:

p.V = m.R.T

E então:

p=(m.R.T)/V

Isso significa que a pressão é inversamente proporcional ao volume.

E quando a gente pensa em uma parcela de ar subindo na atmosfera, vamos ter que conforme a parcela de ar sobe e sua temperatura diminui (variação de temperatura negativa), essa mesma parcela se expande. No entanto, quando uma parcela de ar desce e sua temperatura vai subindo conforme ela vai descendo (variação de temperatura positiva), essa parcela se contrai.

Até aqui eu estou considerando uma parcela de ar seca! E por isso, talvez você já tenha lido por aí, que a temperatura da parcela num processo adiabático seco varia com a altura de acordo com a taxa adiabática seca, que é de -10ºC/1km. Ou seja, a cada 1km subido na atmosfera, a temperatura cai 10ºC.

Mas nossa atmosfera tem vapor d’água! E é aí que temos o termo pseudoadiabático. Agora vamos pensar numa parcela que contém vapor d’água e ela vai subindo pela atmosfera. Vai chegar um momento que essa parcela vai atingir o ponto de saturação para o vapor d’água, já que sua temperatura está diminuindo. Nesse momento, não vai mais caber vapor d’água na parcela (a umidade relativa dela vai chegar a 100%) e isso significa que atingimos o chamado NCL (nível de condensação por levantamento), que é quando as nuvens começam a se formar. Se a parcela continuar subindo depois do NCL, sua expansão ocorrerá a uma taxa mais lenta do que se fosse uma parcela seca, pois o resfriamento deixará de ser tão intenso uma vez que ocorre liberação de calor na condensação. E aqui entra o termo taxa adiabática úmida (ou taxa pseudoadiabática) que é de -6ºC/1km: ou seja, a temperatura cai 6ºC a cada 1km subido!

E aqui vai a parte bonita da coisa que já ficou subentendida: as nuvens se formam a partir de um processo adiabático. O ar precisa ser forçado a subir de alguma maneira para que o processo ocorra!

Na verdade essa história de diabático e adiabático não é uma novidade aqui no blog. Eu já falei sobre esse assunto nesse post (leia para complementar) e eu estava preparando um material e pensei: por que não falar sobre isso novamente? São palavras difíceis e termos que podem assustar aqueles que acabam de conhecer, então estou dando minha contribuição para que todos possam entender.

Dicas, dúvidas e sugestões, na caixa de comentários! Obrigada e compartilhe meu conteúdo por aí, façam doações e mandem meus links pra todo mundo!

Referências

• Nevoeiro – apostila da Prof. Dr. Alice Grimm
• O que é resfriamento/aquecimento adiabático? – Meteorópole
• Meteorologia – noções básicas (excelente livro em português!)

Radar Meteorópole

• Belas ilustrações para compreendermos melhor as nuvens Cumulonimbus e suas nuvens acessórias. Foi dica do Vinícius depois de ler meu post sobre Cumulonimbus;
• Post do Vinícius sobre Manipulação do Clima
• Saiu Spin de Notícias em que falo sobre nuvens Cumulonimbus arcus