La ragione principale perché diminuisce la temperatura aria ad altitudini più elevate è quello pressione d'aria diminuisce con l'altitudine. Come una particella di aria si muove verso l'alto o verso il basso, la sua temperatura cambia anche senza scambio di calore che si svolgono. Questi cambiamenti sono chiamati processi adiabatici e aiutano a spiegare perché la temperatura così notevolmente varia con l'altitudine.
Processi adiabatici
Un processo adiabatico è definito come la variazione di temperatura in un fluido a causa di un cambiamento nella pressione senza alcun guadagno o la perdita di calore dall'ambiente circostante. In realtà, nessun sistema è veramente adiabatico, perché c'è sempre qualche tipo di scambio termico con l'ambiente circostante. Come approssimazione, tuttavia, il movimento delle particelle di aria nell'atmosfera può essere trattato come un processo adiabatico per la maggior parte dei calcoli.
La prima legge della termodinamica
La prima legge della termodinamica, che è anche chiamato la legge di conservazione dell'energia, afferma che energia non può essere né creata né distrutta. Quando una particella di aria si muove verso l'alto o verso il basso, la sua energia totale rimane lo stesso. Lo spostamento verso l'esterno dal centro di una sfera, ogni strato è maggiore di quella prima, quindi cambiare l'area che occupa l'aria. Lo spostamento verso l'alto, l'area aumenta o diminuisce mentre si abbassa. Di conseguenza, perdite di carico in altitudine aumenta, perché l'aria è più diffuso. Espansione per riempire un'area più grande richiede lavoro, o l'energia. Utilizzando energia per espandere, l'aria deve rinunciare energia in qualche altra zona, così la temperatura, l'energia cinetica media delle particelle, diminuisce.
Temperatura e calore
Potrebbe essere fonte di confusione dire che l'aria non guadagnare o perdere calore, ma cambiare temperatura. Questo non è contraddittorio perché, in fisica, calore e temperatura hanno diverse definizioni. La temperatura è una misura dell'energia cinetica media, o l'energia delle particelle, di un oggetto in movimento. Il calore è il totale di tutta l'energia cinetica all'interno dell'oggetto. Ad esempio, un falò ha una temperatura molto più alta rispetto a un enorme ghiacciaio, ma il ghiacciaio in realtà contiene più calore, perché è molto più grande.
Tasso di decadenza adiabatico
L'entità della variazione di temperatura che si verifica quando una particella di aria sposta verso l'alto o verso il basso è disciplinata dalla adiabatica tasso di estinzione. Per aria secca o insaturo, significato aria che attualmente contiene meno vapore acqueo che potenzialmente poteva contenere a quella temperatura, il tasso di decadenza adiabatico è circa 5,5 gradi Fahrenheit per 1.000 piedi, o 10 gradi Celsius per 1.000 metri. Il tasso di decadenza adiabatico funziona in entrambe le direzioni. Si consideri, ad esempio, una particella insatura di aria con una temperatura di 50 gradi Fahrenheit. Se l'aria dovesse spostare, risultato di correnti di vento, 2.000 piedi verso l'alto, la sua temperatura cadrebbe a 39 gradi. Se dovesse scendere a 2.000 piedi, la sua temperatura aumenterebbe a 61 gradi.
Tasso di decadenza ambientale
Mentre il tasso di decadenza adiabatico misure di variazione di temperatura in una particella commovente di aria, il tasso di decadenza ambientale misura la differenza di temperatura dell'atmosfera stazionaria dal livello del suolo fino a 11 km o 6,8 miglia di altitudine, al punto che altri processi cominciano ad avere un'influenza maggiore sul profilo di temperatura. Questo tasso è approssimativamente uguale a 6,5 gradi centigradi ogni 1.000 metri o 3,5 gradi Fahrenheit per 1.000 piedi, anche se le modifiche di tasso effettivo basano su condizioni atmosferiche locali.