Temperatura conservadora es una propiedad termodinámica del agua de mar . Se deriva de la entalpía potencial y se recomienda según el estándar TEOS-10 (Ecuación termodinámica del agua de mar - 2010) como reemplazo de la temperatura potencial, ya que representa con mayor precisión el contenido de calor en el océano. [1] [2]
Motivación
La motivación detrás de la temperatura conservadora fue encontrar una variable que represente el contenido de calor que se conserva en el océano, tanto durante los cambios de presión como durante la mezcla turbulenta [2] . Temperatura in situno funciona para este propósito, ya que la compresión de un paquete de agua provocará un aumento de la temperatura a pesar de la ausencia de calefacción externa. Temperatura potencialse ha utilizado para combatir este problema y es una variable conservadora en la atmósfera para paquetes de aire en condiciones adiabáticas secas. Sin embargo, los procesos de mezcla turbulentos en el océano destruyen la temperatura potencial, lo que a veces conduce a grandes errores cuando se supone que es conservadora. [3]
La entalpía de la parcela se conserva durante la mezcla turbulenta. Sin embargo, no se puede utilizar directamente como una variable totalmente conservadora, ya que tiene una fuerte dependencia de la presión. En cambio, se propone la entalpía potencial para eliminar esta dependencia de la presión. La temperatura conservadora es entonces proporcional a la entalpía potencial.
Derivación
Entalpía potencial
La relación termodinámica fundamental viene dada por: [4]
dónde es la entalpía específica ,es la presión ,es la densidad ,es la temperatura ,es la entropía específica ,es la salinidad yes el potencial químico relativo de la sal en el agua de mar.
Durante un proceso que no conduce al intercambio de calor o sal, la entropía y la salinidad se pueden asumir constantes. Por tanto, tomando la derivada parcial de esta relación con respecto a la presión se obtiene:
Al integrar esta ecuación, la entalpía potencial se puede definir como la entalpía a una presión de referencia :
Aquí la entalpía y la densidad se definen en términos de las tres variables de estado: salinidad, temperatura potencial y presión.
Conversión a temperatura conservadora
Temperatura conservadora se define como directamente proporcional a la entalpía potencial. Se cambia la escala para tener las mismas unidades ( Kelvin ) que la temperatura in situ:
dónde = 3989,24495292815 J kg -1 K -1 es un valor de referencia de la capacidad calorífica específica , elegido para estar lo más cerca posible del promedio espacial de la capacidad calorífica en toda la superficie del océano. [2] [5]
Propiedades conservadoras de la entalpía potencial
La primera ley de la termodinámica se puede escribir en la forma: [2] [6]
o equivalente:
dónde denota la energía interna , representa el flujo de calor y es la tasa de disipación, que es pequeña y, por lo tanto, puede despreciarse. El operadores la derivada del material con respecto al flujo del fluido, y es el operador nabla .
Para demostrar que la entalpía potencial es conservadora en el océano, debe demostrarse que la primera ley de la termodinámica se puede reescribir en forma de conservación . Tomando la derivada material de la ecuación de entalpía potencial se obtiene:
dónde y . Se puede demostrar que los dos términos finales en el lado derecho de esta ecuación son pequeños [2] y la ecuación se puede aproximar como:
Combinando esto con la primera ley de la termodinámica se obtiene la ecuación:
que se encuentra en la forma de conservación deseada.
Marco TEOS-10
La temperatura conservadora se recomienda en el marco de TEOS-10 como reemplazo de la temperatura potencial en los modelos oceánicos. Otros desarrollos en TEOS-10 incluyen:
- Reemplazo de la salinidad práctica por la salinidad absoluta.
- Definición de todas las variables oceánicas con respecto a la función de Gibbs
Referencias
- ^ IOC; SCOR e IAPSO (2010). La ecuación termodinámica internacional del agua de mar - 2010: Cálculo y uso de propiedades termodinámicas . Comisión Oceanográfica Intergubernamental, UNESCO (inglés). págs. 196pp.
- ^ a b c d e McDougall, Trevor J. (2003). "Entalpía potencial: una variable oceánica conservadora para evaluar el contenido de calor y los flujos de calor" . Revista de Oceanografía Física . 33 : 945–963. doi : 10.1175 / 1520-0485 (2003) 033 <0945: PEACOV> 2.0.CO; 2 .
- ^ Graham, Felicity S .; McDougall, Trevor J. (1 de mayo de 2013). "Cuantificación de la producción no conservadora de temperatura conservadora, temperatura potencial y entropía" . Revista de Oceanografía Física . 43 (5): 838–862. doi : 10.1175 / jpo-d-11-0188.1 . ISSN 0022-3670 .
- ^ Warren, Bruce A. (2006-08). "La primera ley de la termodinámica en un océano salado" . Progreso en Oceanografía . 70 (2-4): 149-167. doi : 10.1016 / j.pocean.2006.01.001 . ISSN 0079-6611 . Verifique los valores de fecha en:
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( ayuda ) - ^ "Un nuevo potencial termodinámico extendido de Gibbs del agua de mar" . Progreso en Oceanografía . 58 (1): 43-114. 2003-07-01. doi : 10.1016 / S0079-6611 (03) 00088-0 . ISSN 0079-6611 .
- ^ Davis, Russ E. (1 de abril de 1994). "Mezcla Diapycnal en el océano: ecuaciones para presupuestos a gran escala" . Revista de Oceanografía Física . 24 (4): 777–800. doi : 10.1175 / 1520-0485 (1994) 0242.0.CO; 2 . ISSN 0022-3670 .