Densidad potencial

La densidad potencial de una parcela de fluido a presión es la densidad que la parcela adquiriría si se llevara adiabáticamente a una presión de referencia , a menudo 1 bar (100 kPa ). Mientras que la densidad cambia con el cambio de presión, la densidad potencial de una parcela de fluido se conserva a medida que cambia la presión experimentada por la parcela (siempre que no se mezclen con otras parcelas o se produzca un flujo de calor neto). El concepto se utiliza en oceanografía y (en menor medida) en ciencias atmosféricas .${\displaystyle P}$${\displaystyle P_{0}}$

La densidad potencial es una propiedad dinámicamente importante: para la estabilidad estática, la densidad potencial debe disminuir hacia arriba. Si no es así, una parcela fluida desplazada hacia arriba se encuentra más liviana que sus vecinas y continúa moviéndose hacia arriba; de manera similar, una parcela fluida desplazada hacia abajo sería más pesada que sus vecinas. Esto es cierto incluso si la densidad del fluido disminuye hacia arriba. En condiciones estables (densidad potencial decreciente hacia arriba), el movimiento a lo largo de superficies de densidad potencial constante ( isopicnals ) se favorece energéticamente sobre el flujo a través de estas superficies (flujo diapycnal), por lo que la mayor parte del movimiento dentro de un fluido geofísico 3-D tiene lugar a lo largo de estas superficies 2- Superficies D.

En oceanografía, el símbolo se usa para denotar la densidad potencial , y la presión de referencia se toma como la presión en la superficie del océano. La anomalía de densidad potencial correspondiente se indica mediante kg / m ³ . Debido a que la compresibilidad del agua de mar varía con la salinidad y la temperatura , la presión de referencia debe elegirse para que esté cerca de la presión real para mantener la definición de densidad potencial dinámicamente significativa. Las presiones de referencia a menudo se eligen como un múltiplo entero de 100 bar; para agua cerca de una presión de 400 bar (40 MPa${\displaystyle \rho _{\theta }}$${\displaystyle P_{0}}$${\displaystyle \sigma _{\theta }=\rho _{\theta }-1000}$ ), digamos, se usaría la presión de referencia 400 bar y se escribiría el símbolo de anomalía de densidad potencial . Las superficies de densidad potencial constante (en relación con una presión de referencia dada y en las proximidades de ella) se utilizan en el análisis de datos oceánicos y para construir modelos de corrientes oceánicas . Las superficies de densidad neutra , definidas mediante otra variable llamada densidad neutra ( ), pueden considerarse el análogo continuo de estas superficies de densidad potencial.${\displaystyle \sigma _{4}}$${\displaystyle \gamma ^{n}}$

La densidad potencial se ajusta al efecto de la compresión de dos formas:

• El efecto del cambio de volumen de un paquete debido a un cambio de presión (a medida que aumenta la presión, el volumen disminuye).
• El efecto del cambio de temperatura de la parcela debido al cambio adiabático de presión (a medida que aumenta la presión, aumenta la temperatura).

La densidad de una parcela se puede calcular a partir de una ecuación de estado :

${\displaystyle \rho =\rho (P,T,S_{1},S_{2},...)}$

donde es la temperatura, es la presión y son otros marcadores que afectan la densidad (por ejemplo, la salinidad del agua de mar ). La densidad potencial se calcularía entonces como:${\displaystyle T}$${\displaystyle P}$${\displaystyle S_{n}}$

${\displaystyle \rho _{\theta }=\rho (P_{0},\theta ,S_{1},S_{2},...)}$

donde es la temperatura potencial del paquete de fluido para la misma presión de referencia .${\displaystyle \theta }$${\displaystyle P_{0}}$

Ver también

Energía potencial

Referencias

• John M. Wallace y Peter V. Hobbs (2006). Ciencia atmosférica, una encuesta introductoria, segunda edición . Prensa académica. ISBN 0-12-732950-1.
• Robert H. Stewart (2002). Introducción a la Oceanografía Física . Archivado desde el original el 5 de diciembre de 2012 . Consultado el 14 de noviembre de 2006 .