as camadas da atmosfera -...

METEOROLOGIA OBSERVACIONAL ITERMOMETRIA - TERMÔMETROS

COMET Professor:

AS CAMADAS DA ATMOSFERA

A meteorologia prevê e estuda a evolução da atmosfera, com isto, há necessidade de considerar a atmosfera como um todo e, para isto utiliza-se satélites, foguetes e equipamentos eletrônicos para estudar a alta atmosfera e ao mesmo tempo ampliar as redes de estações meteorológicas na superfície da terra.

Há uma conveniência em estudar separadamente as regiões da atmosfera que segue um critério TÉRMICO, mesmo sabendo da interação entre as camadas. Estas regiões são:

1. Troposfera – região mais baixa da atmosfera que está compreendida da superfície até o limite superior, chamada de tropopausa que está à aproximadamente 10 km. A troposfera contém a maior parte da massa da atmosfera e se caracteriza por movimentos verticais acentuados, conteúdo de vapor d’água apreciável, nuvens e outros fenômenos.

2. Estratosfera – é a região da atmosfera situada acima da troposfera. Estende-se desde a tropopausa até a uma altitude compreendida entre 50 e 55 km. Os fenômenos meteorológicos observados são muito diferentes dos da troposfera.

3. Mesosfera - A uma altitude de aproximadamente de 50 km, a temperatura deixa de aumentar.4. Termosfera – Região que se caracteriza por um aumento progressivo de temperatura. 5. Exosfera – É camada superior e que permite a mudança gradativa da Atmosfera Terrestre em

espaço interplanetário, sem limite definido. É tão ionizada quanto a própria Ionosfera, iniciando-se aí as chamadas Auroras Polares (Boreal no Hemisfério Norte e Austral no Hemisfério Sul)

CALOR

Calor é definido como energia térmica em trânsito. Pode-se dizer que calor é uma modalidade de energia que nos faz sentir as sensações de “quente” e “frio”. O calor percebido assim pelos nossos sentidos é definido como CALOR SENSÍVEL e o calor que não pode ser percebido pelo tato é definido como CALOR LATENTE (figura 1)

“O calor latente de uma mudança de fase é numericamente a quantidade de calor que a substância recebe ou cede, por unidade de massa, durante a transformação, mantendo-se constante a temperatura.”

Figura 1 – Quadro de mudanças de fases.

Na mudança de fase a temperatura permanece constante, terminada a mudança a temperatura pode aumentar ou diminuir.

Equilíbrio térmico – “se dois corpos estão em equilíbrio térmico com um terceiro, eles estão em equilíbrio térmico entre si”.

CEFET-RJCOMET/RJMETEOROLOGIA OBSERVACIONAL_TERMOMETRIA

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Sólido Vapor

Líquido

TEMPERATURA DO AR

O conceito mais elementar de temperatura é o resultado de uma sensação.De fato, quando se toca um corpo diz-se que, ele está quente ou frio segundo a sensação que se experimenta.

A temperatura de um corpo é a condição que determina se o mesmo tem capacidade para ceder ou receber calor a outro. Em um sistema composto por dois corpos, diz-se que um deles tem maior temperatura quando cede calor (energia em trânsito) ao outro.

A temperatura não tem dimensões materiais e que, portanto, não pode ser medida da mesma forma que o comprimento.

Ex.: Se um objeto tem 15 m de comprimento, basta colocar 115 vezes a unidade de comprimento de uma extremidade a outra, com a temperatura, isto e impossível.Assim, 20° C não é o dobro de 10°C; 10°C e 20°C corresponde sim a décima e a vigésima divisão da escala centígrado entre os pontos fixos, as quais se atribuem os valores de 0°C a 100°C.

ESCALAS DE TEMPERATURAS

As escalas mais frequentemente utilizadas em Meteorologia são a Celsius e Fahrenheit. Na escala Celsius (ou centígrada), 0 °C corresponde ao ponto de fusão do gelo, enquanto que 100 °C corresponde ao ponto de ebulição da água. Na escala Fahrenheit, o ponto de fusão do gelo e fixado em 32 °F, e o de ebulição em 212 °F.

Relação entre Celsius e Fahrenheit, esquema abaixo:

Conversão da Temperatura de uma escala para outra:

Para obtenção da temperatura na escala Fahrenheit que corresponde a uma temperatura dada na escala Celsius pode-se aplicar a seguinte fórmula:


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Ex.: converter 30°C em graus Fahrenheit.

F= (9/5x30) +32F= 86°

ESCALA ABSOLUTA OU KELVIN DE TEMPERATURA

A escala Kelvin ou absoluta e muito utilizada em trabalhos científicos. A relação entre a escala Kelvin e Celsius é dada pela fórmula:

CK += 15,273Onde:

K = temperatura em KelvinEx: 30°C equivalem 303,15 K

Para medir a temperatura há numerosos tipos de termômetros que estão baseados nos seguintes efeitos de calor:

a) Dilatação do líquido encerrado em tubo de vidro;b) Dilatação de um líquido dentro de um recipiente metálico fechado, e que provoca um aumento

de pressão;c) Desenvolvimento de uma força eletromotriz entre a junção de um circuito formado por metais

diferentes (pilha termoelétrica);d) Mudança da curvatura de uma tira de metal, composta por duas laminas metálicas que tem

coeficientes de dilatação diferentes e que estão soldadas em todo seu comprimento (termômetros bimetálicos);

e) Variação da resistência elétrica de um fio de platina e f) Variação da resistência de uma mistura especial de substâncias químicas (termistor).

TEMPERATURA DO AR A SUPERFíCIE

Em Meteorologia a temperatura do ar medida na superfície, corresponde a temperatura do ar livre a uma altura compreendida entre 1,25m e 2,0m sobre o nível do solo. Admite-se que está temperatura é representativa das condições experimentadas pelo homem na superfície da terra.

EXPOSIÇÃO DOS TERMÔMETROS PARA MEDIDA DA TEMPERATURA DO AR A SUPERFÍCIE

A exposição do termômetro segue as normas da OMM. Os termômetros deverão estar protegidos da radiação solar e de todos os corpos vizinhos; devem ao mesmo tempo estar convenientemente ventilados, para que indiquem a temperatura do ar livre que circula nas proximidades.

Métodos de proteção:a) abrigo meteorológico com venezianas eb) proteção de metal polido com ventilação artificial (abrigo de uma estação automática).


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TIPOS DE TERMÔMETROS UTILIZADOS EM METEOROLOGIA:

• termômetro de bulbo seco ou padrão "ordinário" (figura1 b)- elemento sensível – mercúrio

• termômetro de bulbo úmido (Figura1 b)- elemento sensível - mercúrio

• termômetro de máxima (Figura1 a)- elemento sensível - mercúrio

• termômetro de mínima (Figura1 a)- elemento sensível – álcool• geotermômetro (Figura1 c)- elemento sensível - mercúrio• termógrafo (Figura1 d)- elemento sensível – par bimetálico

• termômetro de resistência de platina (Figura1 e)- elemento sensível – resistência de um fio de platina

• termistor (Figura1 f)- elemento sensível - substâncias químicas

• termômetro de líquido em recipiente de metal- elemento sensível – manômetro

• termômetro de pilha termoelétrica- elemento sensível – fios de metais diferentes unidos nas extremidades

Figura 1

(a)Termômetro de máxima e mínima. (b)Termômetro de bulbo úmido e bulbo seco.

(c)Geotermômetro. (d)Termógrafo.


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(e)Termômetro de resistência de platina. (f) Termistor.

(g)Termômetro de profundidade. (h) Termômetro digital.

Erro Instrumental

Todos os termômetros utilizados na rede passam por um sistema de comparação feito com base num termômetro padrão. O resultado é apresentado num documento chamado "Certificado de Comparação".

Por exemplo, apresenta-se um “Certificado de Comparação”, no qual consta que para leituras entre 5,1 °C e 11,0 °C deverá ser feita uma redução de 0,1 °C, ou seja, lendo-se diretamente no instrumento uma temperatura de 11, ºC, com a correção ficará 11,0 – 0,1 = 10,9 °C.


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Descrição dos Termômetros

Termômetro de bulbo seco (T) – É usado para medir a temperatura do ar ambiente. É constituído de 2 partes: haste e o bulbo. A haste é de vidro, existe um tubo capilar chamado de tubo termométrico.

O bulbo fica situado em uma das extremidades da haste onde é armazenado o mercúrio.

Princípio de funcionamento

A variação de temperatura faz variar o volume da substância e, consequentemente o líquido termométrico contido no bulbo, ao sofre um aumento de temperatura, se dilata, indicando o aumento de temperatura.Ao se resfriar, ele contrai, indicando o abaixamento da temperatura.

Termômetro de bulbo úmido (Tu) – A única diferença em relação ao termômetro de bulbo seco é o revestimento por uma camiseta no seu bulbo,

que quando umedecida e ventilada fará o termômetro indicar uma depressão de temperatura (Figura1 b).

Quanto mais seco estiver o ar, maior será a evaporação e maior será o resfriamento. Desta forma, o termômetro úmido indicara sempre uma temperatura inferior à temperatura do termômetro seco.

Quando o ar estiver saturado, não havendo evaporação nem resfriamento, as temperaturas do Termômetro úmido e seco serão iguais.


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Psicrômetro – é o conjunto formado por 2 termômetros (seco e úmido). São montados paralelamente num suporte metálico e são instalados no interior do abrigo meteorológico (Figura1 b)

Termômetro de máxima (Tx) – Semelhante ao termômetro comum, com uma diferença, pois apresenta um estrangulamento no tubo capilar próximo ao reservatório, que serve para estreitar a passagem do mercúrio e evitar o retorno quando ocorrer queda de temperatura (Figura 2).

Figura 2 - Termômetro de Máxima. No detalhe o seu estrangulamento.

Com a elevação da temperatura, o mercúrio no reservatório dilata-se, e com tal força, que consegue transpor o estrangulamento, registrando o maior valor da temperatura num período.

O termômetro fica instalado quase horizontalmente no suporte termométrico acima do termômetro de mínima (Figura1 a).

A leitura deve ser feita na observação de 24 e 12 TMG (Figura 2).


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Técnica para preparar (ligar) o termômetro de máxima para próxima leitura

Após a observação das 24 TMG, remove-se o instrumento do suporte, pegando-o na parte superior, bulbo para baixo (Figura 3), evitando os objetos ao redor, oscila-se o braço e o termômetro como pêndulo de um relógio de parede, porém, mais brusca e rapidamente.

Figura 3 -

Preparação para próxima leitura (ligar)

Este movimento promove o escoamento de mercúrio do tubo para o reservatório, e, portanto após a sua execução, a leitura do termômetro deverá correspondendo à temperatura do ambiente, ou seja, a leitura do termômetro seco.

Irregularidade de funcionamento

A mais comum produzida por choques é a fratura da coluna de mercúrio em diversas partes, como mostrado na figura a seguir, que levará o observador a uma leitura errada, se não tiver a cautela de examinar o instrumento antes da observação


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Figura 4 – Termômetro fraturado a direita. Repare que há um espaço entre as duas colunas de mercúrio, caracterizando a fratura.

Se o instrumento se encontra em tal condição abandona-se a leitura.

Para reparar este problema, oscila-se o termômetro como na (Figura 5), ou invertendo-o rapidamente fazendo com que o mercúrio corra para a extremidade do tubo tornando-o em seguida à posição normal.

Figura 5

Outra irregularidade são os chamados capilares da coluna de mercúrio após a sua ruptura, isto é, após ter ocorrido a temperatura máxima.

O observador dará logo com este defeito, basta tomar nota da máxima fora da hora regularmente.

Ex.: Supondo-se que a máxima se deu antes de 14 horas; a esta hora, o termômetro indicará 35,3º C e no entanto às 21 horas quando ele procederá a leitura definitiva, o instrumento marca, digamos, 35,7º C sem que houvesse ocorrido semelhante elevação da temperatura, tal elevação, de 0,6º C só pode ser atribuída a um movimento capilar que, neste caso fora ascensional.

Para corrigir este problema, aumenta-se ligeiramente a inclinação do termômetro.Quando em alguns casos o mercúrio tende a descer para o reservatório, diminuindo a leitura verdadeira, corrige-se isto diminuindo-se a inclinação do termômetro.


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Termômetro de mínima (Tn) (Figura1 a) - O tipo mais comum é o termômetro de álcool. Possui um estilete de vidro escuro de forma de halteres com cerca de 2 cm, imerso em álcool (Figura 6).

Figura 6 - Termometro de mínima.

Quando há um abaixamento de temperatura o álcool se contrai, a tensão superficial na extremidade da coluna de álcool por se maior que o peso do índice, arrasta-o consigo enquanto a temperatura estiver baixando.

Se houver aumento de temperatura, o álcool se dilatara novamente e escoa-se ao redor do índice, mas deixando-o na posição correspondente à temperatura mínima ocorrida.

A leitura é semelhante ao termômetro comum, com a diferença de que o estilete é quem marca a menor temperatura ocorrida durante o dia (figura 7).

Figura 7

As leituras devem ser feitas durante as observações de 12 e 24 TMG.

Técnica para preparar (ligar) o termômetro de mínima para uma nova leitura

Efetuada a observação das 12 TMG, remove-se o termômetro de mínima do suporte, virando o bulbo para cima, deixando o estilete encostar-se ao fim da coluna.

Irregulariladades de funcionamento

Choques ou golpes de ar frio fracionam a coluna líquida (álcool), o que não sendo reparado, facilitará a introdução de erros grosseiros na leitura do termômetro de mínima.

O melhor meio de normalizar o instrumento nestes casos, consiste em colocá-lo no congelador da geladeira por um determinado tempo, para que a coluna volte a ligar “colar”.

Termômetro para medir temperatura do solo (geotermômetros) CEFET-RJCOMET/RJMETEOROLOGIA OBSERVACIONAL_TERMOMETRIA

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O termômetro de mercúrio é o mais usado. Para evitar serem removidos, os termômetros que mede a 2, 5, 10, 15, 20 e 30 cm de profundidade, têm as haste curvadas em ângulos (figura 8 e 9).

Figura 8 - Geotermômetros Figura 9 - Leitura do Termômetro de Solo.

A leitura é feita obedecendo a seguinte ordem, do menor para o de maior profundidade.

Termômetro de mínima de solo gramado (Relva) É um termômetro de mínima comum, deve ser exposto horizontalmente sobre a grama curta, em suporte apropriado com o bulbo tocando as pontas da grama (Figura 10 e11)

Figura 10 - Termômetro de Relva.


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Figura 11 - Termômetro de Relva

Instalação dos termômetros

O suporte August o mais conhecido, instalado dentro do abrigo meteorológico, deve ser colocado de tal modo que os bulbos fiquem a 1,50 m a 2,0 do nível do solo. Tal altura permite a leitura, ficando a coluna de mercúrio no plano de vista do observador.

Termógrafo bimetálico – este aparelho consiste geralmente de duas lâminas superpostas de metais diferentes (geralmente invar e bronze) unidas por forte pressão enroladas em forma de espiral.A finalidade de se usar metais diferentes é porque cada metal tem um coeficiente de dilatação distinto, bem como o coeficiente de elasticidade que irá provocar deformação no elemento sensível sempre que houver mudança de temperatura.

Leitura dos termômetros

a) Permanecer o mínimo possível do tempo em frente do termômetro, a fim de evitar que o calor de seu corpo possa afetar a temperatura indicada.

b) Em hipótese alguma, remover o termômetro de seu lugar para ser lido.c) Dirigir a linha de visada perpendicularmente à coluna de mercúrio, a fim de se evitar o

chamado ERRO DE PARALAXE, conhecido como ERRO ANGULAR DE VISADA (Figura 12).

fig 12


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AMPLITUDE TÉRMICA DO DIA

É a diferença entre, a maior temperatura e a menor temperatura ocorrida (registrada) na estação.

AMPLITUDE PSICROMÉTRICA

É a diferença entre a temperatura do termômetro seco e a do termômetro úmido (corrigidas).

As observações de temperatura deverão ser codificadas com o código synop.


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Ts - Tu

Tx - Tn

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