EQUILIBRIO BARICO
L'EQUILIBRIO
BARICO NELLA NOSTRA ATMOSFERA
I gas che formano la nostra atmosfera, come ogni altro tipo di gas, deve sottostare alla legge dell'equilibrio barico. Una grande quantità di fenomeni atmosferici ai quali siamo abituati e che diamo per scontato dipende da tale legge: vediamone alcuni dei più comuni.
Analizziamo
adesso un comunissimo fenomeno dovuto all'equilibrio barico: il fatto
che l'aria calda sale mentre quella fredde scende.
Supponiamo di avere una massa d'aria circondata dall'atmosfera. La pressione dell'atmosfera è 1atm cosicché anche la massa d'aria deve avere una pressione di 1 atmosfera. Adesso supponiamo che essa si riscaldi: cambierà di volume mantenedo però la stessa pressione dell'aria esterna per garantire l'equilibrio barico. Dunque, la trasformazione è un'isobara e poiché i gas dell'aria sono con ottima approssimazione dei gas perfetti essa può essere descritta dalla I legge di Gay-Lussac:
V = V0T/T0 (1) (P costante = Patm)
con V il volume alla temperatura T e V0 il volume alla temperatura T0=0°C (T0=273,15 °K). E' evidente che all'aumentare di T il volume aumenta e la densità di conseguenza decresce. E cosa accade ad una massa di gas che è meno densa del mezzo che la circonda? Inizia a salire, spinta dalla forza di Archimede! All'opposto, una massa d'aria che si raffredda si condensa, seguendo sempre la legge di Gay-Lussac, e diventa più densa del mezzo intorno a lei: cosicché essa inizia a scendere.
Le alte e le basse pressioni: cosa sono?
Tutti
voi sapete che la pressione dell'atmosfera non è costante: avrete
infatti sentito alla televisione frasi del tipo "arriva una bassa
pressione... un'alta pressione sta passando sopra l'Italia..."
ecc. Avrete anche notato che quando passa una bassa pressione, spesso
c'è mal tempo e piove: in altre parole, una bassa pressione è
spesso sinonimo di umidità. Come mai? Cerchiamo di scoprirlo
con le leggi dei gas perfetti.
Sappiamo di già che la pressione di un gas perfetto è direttamente proporzionale alla densità molare -cioè al numero di moli presenti in un m3- e alla temperatura (non ti ricordi questa legge? Asino! leggi qua cosa ti dice il Professore): fissata la temperatura, se in un certo volume sono presenti 10 moli di Idrogeno, gas leggerissimo, esse danno la stessa esatta pressione di 10 moli di gas d'Uranio, gas pesantissimo.
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| Le molecole di vapore, più leggere, entrano nella nube (a sinistra) e spingono via le molecole d'aria, più pesanti (destra) |
Vediamo adesso come mai le basse pressioni sono associate all'umidità. L'aria nell'atmosfera è con buona approssimazione in equilibrio barico. Consideriamo il caso di alcune moli di vapore che entrano in una nube. La nube deve rimanere in equilibrio barico: dunque, la pressione non deve cambiare. La pressione dipende dalla temperatura e dalla densità molare; se durante l'ingresso del vapore la temperatura rimane costante, anche la densità molare deve rimanere la stessa per mantenere invatiata la pressione (come mai? Leggi cosa ti dice il Professore al riguardo se non ti torna questo ragionamento). In altre parole: per ogni mole di vapore che entra in un m3 di nube una mole d'aria viene scacciata via, in modo che la somma totale delle moli non cambi.
Ma il vapore è più leggero dell'aria secca (mvapore=18 g ; maria_secca=28.8 g. Se non sai come si fa a calcolare la massa molare dell'aria Leggi qui il calcolo fatto dal Professore!). Dunque, più vapore entra nella nube più essa si alleggerisce. Più precisamente: per ogni mole di vapore guadagnato la nube perde 10.8 grammi (+18g per il vapore entrato nella nube, -28.8g per l'aria scacciata via).
Non ti soddisfa questo ragionamento? Allora leggi il calcolo che fa il Professore!
E
la pressione? Ci arriviamo proprio adesso!
Essendo l'aria umida diventata più leggera, il peso
che essa esercita a terra è minore e di conseguenza l'aria al
suolo deve avere una pressione minore per sostenerla: ecco che si è
formata una bassa pressione!
