Tópico 3 – Umidade

Profa.: Rita Ynoue

2010

Disciplina: 1400200 - Física da Terra e do Universo para

Licenciatura em Geociências

Revisão das aulas passadas

• Tópico 1:

– Evolução da atmosfera terrestre

– Composição química

• Tópico 2: Temperatura

– Escalas de temperatura

– Diferença entre tempo e clima

– Estrutura vertical da atmosfera

– Variação diurna da temperatura

– Estações do ano

Escalas de temperatura

O ponto zero da escala Kelvin (zero absoluto)

corresponde, ao menos teoricamente, à

temperatura na qual cessa o movimento

molecular e o objeto não emite radiação

eletromagnética. Não há temperaturas abaixo

dessa.

373212100Ponto de

ebulição da

água

273320Ponto de

fusão do

gelo

Kº Fº C

Camadas da atmosfera

Tendo como base a

variação da

temperatura com a

altura, a atmosfera

divide-se em 4

camadas:

1. Troposfera

2. Estratosfera

3. Mesosfera

4. Termosfera

Esquema da Órbita da Terra em torno

do Sol

Sol

6

7

9

10

8

1112

13

14

15

16

17

18

Trajetórias

diurnas

do Sol

Leste

Oeste

N S

Inverno

17

7

Verão

19

5

Pri/Out

Sol da meia-noite

Aula de hoje:

Umidade do ar

A água é a única substância que ocorre nas três fases na atmosfera e a Terra é

o único planeta do sistema solar onde isso acontece. A água na atmosfera e

suas mudanças de fase desempenham papel importantíssimo em diversos

processos físicos naturais:

Umidade do ar

• Transporte e distribuição de calor (ciclo hidrológico)

• Absorção de comprimentos de onda da radiação solar e terrestre

• Condensação (Orvalho, nuvens, chuva)

• Evaporação

Consumo de energia na

superfície pela evaporação

(ex: resfriamento da pele

pela evaporação do suor)

Liberação de energia na

atmosfera devido à

condensação

Neste momento, está ocorrendo

evaporação? Ou...

http://www.tapintoquality.com/facts/glossary/evaporation.jpg

... a evaporação só ocorre a 100oC?

http://www.school-for-champions.com/science/images/evaporation.gif

O que ocorre a 100oC?

Alta energia:

Evaporam

Média energia:

Voltam para o corpo

d água

Baixa energia:

Permanecem na fase

líquida

Moléculas com diferentes energias:

• Evaporação: mudança de fase do líquido para gás

a temperaturas abaixo do ponto de ebulição; é um

fenômeno de superfície na qual algumas

moléculas têm energia cinética suficiente para

“escapar” da tensão superficial.

• Ponto de ebulição: temperatura na qual a pressão

de vapor da substância que está em estado líquido

é igual á pressão atmosférica. (Portanto, depende

da pressão atmosférica).

E condensação?

http://apollo.lsc.vsc.edu/classes/met130/notes/chapter7/graphics/saturate

2.free.gif

http://www.geog.ucsb.edu/~joel/g110_w08/lecture_notes/water_

vapor/agburt05_01c.jpg

Taxa de

evaporação

Taxa de

condensação

http://www.mwit.ac.th/~physicslab/hbase/kinetic/imgkin/vapp3.gif

Taxa de

evaporação

em equilíbrio

com a taxa de

condensação:

pressão de

vapor de

saturação

Evaporação

Umidade do ar

• Principal fonte: oceano tropical

• Moléculas de vapor d’água acima da superfície de água líquida se movem em todas as direções. Aquelas que estão próximas da superfície de água e movendo-se em direção à superfície podem retornar à água líquida.

• Da mesma forma, há sempre moléculas de água líquida com energia suficiente para deixar a superfície, evaporando.

• Quando o número de moléculas que evapora é igual ao número de moléculas que condensa, a atmosfera acima da superfície d’água se encontra saturada.

Umidade do ar

• A pressão de saturação do vapor depende da

temperatura

Umidade relativa

• A UR indica quão próximo o ar está da saturação, ao invés de indicar a real quantidade de vapor d’água no ar.

• APENAS PARA VISUALIZAÇÃO:dissolvendo sal na água...

– Variando o conteúdo de sal até chegar à saturação (à temperatura constante)

– Variando a temperatura, varia a quantidade de sal que “satura” a solução.

Quanto maior a temperatura, maior quantidade de

vapor d’água pode ser “retida”.

Variação da UR

Variações da umidade relativa causadas por

variações da temperatura ocorrem na

natureza tipicamente por:

1) variação diurna da temperatura;

2) movimento horizontal de massa de ar;

3) movimento vertical de ar.

Temperatura do ponto de orvalho

• Td

• É a temperatura até a qual o ar deve se

resfriar para atingir seu ponto de saturação

• É um bom indicador do conteúdo de vapor

d’água no ar.

Como obter a Td?

http://biomet.ucdavis.edu/frostprotection/Measure%20Dewpoint/image0

02.gif

Coloque água numa cuba

metálica e adicione alguns cubos

de gelo para diminuir a

temperatura. Misture a água

com um termômetro para

homogeneizar a temperatura no

sistema água-gelo. Quando

começar a condensação na

parede da cuba, anote a

temperatura: esta é a temperatura

de ponto de orvalho.

Outra forma de se obter a UR:

• Temperatura de bulbo úmido (Tw)

A temperatura de bulbo úmido cai,

devido ao calor retirado para

evaporar a água. O seu resfriamento

é proporcional à secura do ar.

Quanto mais seco o ar, maior o

resfriamento. Portanto, quanto maior

a diferença entre as temperaturas de

bulbo úmido e de bulbo seco, menor

a umidade relativa; quanto menor a

diferença, maior a umidade relativa.

Se o ar está saturado, nenhuma

evaporação ocorrerá e os dois

termômetros terão leituras idênticas.

Diferença entre Td e Tw

• Note-se que a temperatura de ponto de orvalho não deve ser confundida com a temperatura de bulbo úmido. Elas não são iguais.

• A temperatura de bulbo úmido é determinada induzindo-se resfriamento por evaporação.

• A temperatura de ponto de orvalho é obtida pelo resfriamento do ar até atingir o ponto de saturação.

• Exceto na saturação, a temperatura de bulbo úmido é maior que a de ponto de orvalho. Quando o ar está saturado, a temperatura de bulbo úmido, de ponto de orvalho e do ar ambiente são as mesmas.

http://fisica.ufpr.br/grimm/aposmeteo/cap5/cap5-5.html

Atividade: Calcular a UR a partir de

T e Tw

Data Hora Temperatura Umidade Tw Pto. Orvalho Pressão Vento Radiação Chuva

UTC (°C) (%) (°C) (°C) (hPa) Vel. (m/s) Dir. Raj. (kJm²) (mm)

22/5/2010 0 20,3 53 14,3 10,4 873,9 2,3 197° 4,2 -3,5 0,0

22/5/2010 1 19,4 54 13,7 9,8 875,6 2,2 179° 4,4 -3,5 0,0

22/5/2010 2 17,8 60 13,1 9,9 876,0 1,4 171° 3,7 -3,5 0,0

22/5/2010 3 17,3 62 12,9 10,0 876,7 1,4 164° 3,4 -3,5 0,0

22/5/2010 4 16,5 65 12,6 9,9 876,7 1,7 158° 2,8 -3,5 0,0

22/5/2010 5 16,0 67 12,4 9,8 878,1 1,5 164° 3,3 -3,5 0,0

22/5/2010 6 14,9 70 11,7 9,4 878,2 1,0 169° 2,6 -3,5 0,0

22/5/2010 7 14,6 71 11,6 9,3 877,4 1,0 139° 2,0 -3,5 0,0

22/5/2010 8 13,7 75 11,2 9,4 877,3 0,9 155° 1,8 -3,5 0,0

22/5/2010 9 12,9 78 10,8 9,2 877,9 0,2 146° 2,0 -3,5 0,0

22/5/2010 10 15,0 69 11,7 9,4 880,0 0,3 144° 1,1 63,3 0,0

22/5/2010 11 18,6 57 12,9 9,8 893,2 1,5 120° 3,0 675,7 0,0

22/5/2010 12 20,6 52 14,4 10,3 902,0 2,1 118° 3,3 1441,0 0,0

22/5/2010 13 22,3 53 16,0 12,3 903,9 2,0 107° 4,2 2104,0 0,0

22/5/2010 14 24,2 49 17,0 12,9 902,6 2,7 68° 5,5 2594,0 0,0

22/5/2010 15 26,4 43 17,7 12,9 901,0 3,2 4° 5,6 2841,0 0,0

22/5/2010 16 28,1 32 16,8 9,9 898,8 3,7 309° 8,5 2850,0 0,0

22/5/2010 17 27,9 30 16,2 8,7 895,8 5,5 304° 9,5 2649,0 0,0

22/5/2010 18 27,9 32 16,6 9,6 891,9 4,2 317° 9,6 2160,0 0,0

22/5/2010 19 27,4 31 15 8,9 888,3 4,6 302° 8,3 1494,0 0,0

22/5/2010 20 25,7 35 15,5 9,1 883,3 3,7 299° 8,0 731,3 0,0

22/5/2010 21 22,2 48 15,1 10,5 875,2 1,6 296° 7,2 81,0 0,0

22/5/2010 22 20,4 55 14,5 11,0 868,7 1,0 313° 2,5 -3,5 0,0

22/5/2010 23 18,9 61 14,2 11,2 867,7 0,7 302° 1,5 -3,5 0,0

Data Hora Temperatura Tw Depressão Umidade Umidade Pto. Orvalho Pressão

UTC (°C) (°C) (°C) (%) (%) (°C) (hPa)

22/5/2010 0 20,3 14,3 53 10,4 873,9

22/5/2010 1 19,4 13,7 54 9,8 875,6

22/5/2010 2 17,8 13,1 60 9,9 876,0

22/5/2010 3 17,3 12,9 62 10,0 876,7

22/5/2010 4 16,5 12,6 65 9,9 876,7

22/5/2010 5 16,0 12,4 67 9,8 878,1

22/5/2010 6 14,9 11,7 70 9,4 878,2

22/5/2010 7 14,6 11,6 71 9,3 877,4

22/5/2010 8 13,7 11,2 75 9,4 877,3

22/5/2010 9 12,9 10,8 78 9,2 877,9

22/5/2010 10 15,0 11,7 69 9,4 880,0

22/5/2010 11 18,6 12,9 57 9,8 893,2

22/5/2010 12 20,6 14,4 52 10,3 902,0

22/5/2010 13 22,3 16,0 53 12,3 903,9

22/5/2010 14 24,2 17,0 49 12,9 902,6

22/5/2010 15 26,4 17,7 43 12,9 901,0

22/5/2010 16 28,1 16,8 32 9,9 898,8

22/5/2010 17 27,9 16,2 30 8,7 895,8

22/5/2010 18 27,9 16,6 32 9,6 891,9

22/5/2010 19 27,4 15 31 8,9 888,3

22/5/2010 20 25,7 15,5 35 9,1 883,3

22/5/2010 21 22,2 15,1 48 10,5 875,2

22/5/2010 22 20,4 14,5 55 11,0 868,7

22/5/2010 23 18,9 14,2 61 11,2 867,7

13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

0,5 95 95 95 95 95 95 96 96 96 96 96 96 96 96 96 96 96 96

1,0 90 90 90 90 91 91 91 91 92 92 92 92 92 92 93 93 93 93

1,5 84 85 85 86 86 86 87 87 87 88 88 88 88 89 89 89 89 90

2,0 79 80 81 81 82 82 83 83 83 84 84 84 85 85 85 86 86 86

2,5 75 75 76 77 77 78 78 79 79 80 80 81 81 82 82 82 83 83

3,0 70 71 71 72 73 74 74 75 76 76 77 77 78 78 78 79 79 80

3,5 65 66 67 68 69 70 70 71 72 72 73 74 74 75 75 76 76 76

4,0 60 62 63 64 65 66 66 67 68 69 69 70 71 71 72 72 73 73

4,5 56 57 58 60 61 62 63 63 64 65 66 67 67 68 69 69 70 70

5,0 51 53 54 55 57 58 59 60 61 62 63 63 64 65 65 66 67 67

5,5 47 48 50 51 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 62 63 64 64

6,0 43 44 46 47 49 50 51 53 54 55 56 57 58 59 59 60 61 62

6,5 38 40 42 43 45 46 48 49 50 52 53 54 55 56 56 57 58 59

7,0 34 36 38 40 41 43 44 46 47 48 49 51 52 53 53 54 55 56

7,5 30 32 34 36 38 39 41 42 44 45 46 47 49 50 51 52 52 53

8,0 26 28 30 32 34 36 37 39 41 42 43 44 46 47 48 49 50 51

8,5 22 24 26 29 31 32 34 36 37 39 40 42 43 44 45 46 47 48

9,0 18 20 23 25 27 29 31 33 34 36 37 39 40 41 42 43 44 45

9,5 14 17 19 21 24 26 28 29 31 33 34 36 37 38 40 41 42 43

10,0 10 13 16 18 20 22 24 26 28 30 32 33 34 36 37 38 39 41

10,5 6 9 12 15 17 19 21 23 25 27 29 30 32 33 35 36 37 38

11,0 3 6 9 11 14 16 18 20 22 24 26 28 29 31 32 33 35 36

11,5 2 5 8 11 13 15 17 20 21 23 25 27 28 30 31 32 33

Temperatura de bulbo seco (oC)

Difere

nça e

ntr

e t

em

pera

tura

de b

ulb

o s

eco e

de b

ulb

o ú

mid

o (

oC

)

UR (%)

(p=930hPa)

Atividade

• Obter a UR a partir de dados de T e Tw

• Fazer o gráfico de:

– T

– Tw

– UR