关於能量的传递.ppt

第五課：大氣能量傳遞;一、前言： 關於能量的傳遞，它須遵守下列定律: 熱力學第一定律:又稱能量守恆定律，即熱力系內物質的能量可以傳遞，其形式可以轉換，在轉換和傳遞過程中各種形式能源的總量保持不變。 熱力學第二定律: 熵增原理(不可逆原理)，閉合系統中熱力增加時熵(混亂度)也增加，故熵總是隨時間增加；即不可能把熱從低溫物體傳到高溫物體而不產生其他影響 。;能量可以以功W或熱量Q的形式傳入或傳出系統。 ;熱力學第二定律: 熵增原理(如同紅藍墨水混合);二、大氣中能量傳遞： 能量傳遞三種主要方式: 傳導、對流、輻射;1. 傳導: 熱從較熱的部份傳遞到較冷的部份， 藉分子的直接接觸。 水是熱的優良導體，空氣與冰則否。 例如: 愛司吉摩(Eskimo)人住於冰屋(igloo) ，室內溫度攝氏二十餘度， 冰屋一日可完成。 湖面冬日結冰，其下水族得保生存: 湖水一年兩??循環，秋季，表面冷卻引起湖水循環，湖水上下層溫差與密度差逐漸減小，當上層水溫接近4O C時，形成同溫現象﹔ 冬季﹐當溫度降至4O C以下，表層水溫較低，底層較高，但不高於4O C ， 因此湖冰浮於表面並隔冷氣，表面浮冰隔絕冷氣，水族得保生存。 冰釣;湖面冬日結冰;冰的網狀結構;冰釣;果樹噴灑系統:佛羅里達州在寒冷的天氣，在夜間噴灑水在植物上以保護苗圃，冰柱掛在橘樹上。;2. 對流: 是指流體內部的分子運動，是熱傳與質傳的主要模式之一，通常發生在流體內或流體和容器之間有溫度差時，因為溫度的差異會使得流體之間密度不同。質傳方面的例子如不同的鹽分密度不均，也會引起對流。在大氣中、海洋內、以及行星的地函與外核裡，也都有對流在發生。;;表面洋流;3. 輻射 (radiation):不同於傳導與對流，輻射熱能係以電磁波方式放出，故高溫物體與低溫系統間無需有物理性接觸，兩者間也無需介質。;(1). 認識電磁波: 電磁波（又稱電磁輻射）是由同相振盪且互相垂直的電場與磁場在空間中以波的形式移動，以傳遞能量。電磁波可以按照頻率分類，從低頻率到高頻率，包括有無線電波、微波、紅外線、可見光、紫外光、X-射線和γ射線等。 ;(2)維恩定理(ｗien’s Law) : 黑體輻射最大波長（μm)=2900 /物體之溫度（oK) 黑體是一種理想物體或狀況，自然界中大部分固體或液體都幾乎是黑體。 例如太陽表面溫度 5000 oK，故最大波長越等於 0.5 μm (下圖)（可見光範圍為　0.4-0.7 μm ）。 ;太陽輻射波長;(3)認識光譜 (a)任何一種光線或熱能都可看作是一種波的輻射， 其波長的範圍如圖。 (b)太陽光的輻射是一種短波輻射，其輻射範圍包括紫外線 (0.2 to 0.4微米) 、可見光 (0.4 to 0.7 微米) 及 紅外線等。 (c) 當陽光照射地表一段時間後，地表被加熱而放射熱輻射或稱長波輻射，波長為 4 至100微米。 (d)長波輻射被大氣中的氣體如氧 (O2) 、臭氧 (O3) ， 水蒸氣及二氧化碳(CO2) 吸收。 ;圖: 大氣對短波輻射與長波輻射的吸收。;1.水文循環指水從海洋及其他水覆蓋區域運行至大氣再回歸地表之循環，包括以下步驟(水有三相) 。 (1). 蒸發(Evaporation) :水從液態改變為氣態的水蒸氣 (2). 蒸散(Transpiration) :水從植物樹葉表面釋放為蒸氣 (3). 冷凝(Condensation): 水亦可從氣態(雲、霧、露水等) 改變為液態 (4). 降雨(Precipitation):藉雨, 雪, 霙,凍雨, 冰雹等方式返回地表 (5). 地下水(Groundwater): 在地下流動，雖運行緩慢(每日流動幾公分到幾公尺)，但因作用面積廣大，所以也是水文循環中的重要步驟。;圖: 水文循環;雪;霙;凍雨;冰雹;2.潛熱(Latent Heat):水的相位(phase)變化所需熱量(例: 夏天人體流汗以保持體溫) 。 (1) 溶化(Melting)潛熱:冰化成水所需熱量(80卡/公克) (2) 凝固(freezing)潛熱:水結成冰所釋放熱量(-80卡/公克) (3) 汽化(vaporization)潛熱:水從液態變為氣態所需熱量(540卡/公克) (4) 液化(Condensation)潛熱:水從氣態變為液態所釋放熱量(-540卡/公克) (5) 昇華(sublimation)潛熱:水從固態變為氣態所需熱量(540卡/公克) ;潛熱: (1) 溶化 (2) 凝固(3) 汽化(4) 液化(5) 昇華;3 . ?絕熱過程與非絕熱過程: 絕熱過程(adiabatic process):是一個絕熱體系的變化過程，即是指任一氣體與外界無熱量交換時的狀