Variations de la masse volumique avec la pression atmo. et l'altitude :L'air étant un gaz parfait, sa masse volumique est donnée par la formule :dans laquelle : Show
En simplifiant (R : M = 287,053), cela donne : Exemple : Au niveau de la mer et sous une pression atmosphérique de 1013,25 hPa, quand la température est de 15 °C (288,15 °K) la masse volumique de l'air sec est : 101325/(287,053 x 288,15) = 1,225 kg/m3 Donc, la masse volumique varie avec la pression atmosphérique et avec la température de l'air. Variations de la pression atmosphérique avec l'altitude :La pression atmosphérique en un point correspond au poids de la colonne d'air s'étendant verticalement au-dessus de ce point.
Les basses couches de l'atmosphère portent le poids des plus hautes couches jusqu'au vide interplanétaire. Variations de la température avec l'altitudeselon les valeurs de l'International Standard Atmosphere - ISA : - Lorsqu'une masse d'air sec (sans vapeur d'eau) monte de façon adiabatique (sans
échange de chaleur avec le milieu extérieur), elle rencontre dans l'atmosphère des pressions de plus en plus faibles, ce qui provoque sa dilatation et donc son refroidissement. Cette diminution de température avec l'altitude correspond au gradient adiabatique sec. Il vaut - 9,77°C/km. Ainsi, une masse d'air sec en ascension adiabatique se refroidit plus vite que l'air extérieur. Son ascension s'arrête donc assez vite. Variations du volume avec l'altitude :Bien sûr, plus le ballon est gonflé plus il peut lever une charge importante : poussée en gr/m3 X volume en m3. Quand l'altitude augmente, la pression atmosphérique diminue. L'air chaud contenu dans le ballon se détend
et occupe donc plus de volume. L'augmentation du volume occupé est de 1 pour mille tous les 8 m en montant ! force aérostatique totale = force aérostatique par m3 x volume en m3 Dans cette animation, les variations sont bien sûr exagérées ! Variations de la capacité de levage avec l'altitude :Quand l'altitude augmente, l'air se raréfie : la masse volumique de l'air diminue de 1 pour mille tous les 8 m en montant (un tout petit peu moins que 1 pour mille du fait du refroidissement de l'air). Le différentiel de masses volumiques diminue donc également. A 10000 m d'altitude, si le différentiel de température reste constant, il faut un volume 3 fois plus grand pour conserver la même capacité de levage ! Variations de la capacité de levage en fonction des conditions météo. :La pression atmosphérique varie en fonction des conditions météorologiques locales (anticyclone, dépression, etc.). Dans une situation anticyclonique, la pression atmosphérique augmente, la masse volumique de l'air extérieur augmente. Le différentiel de masses volumiques augmente donc également. La capacité de levage augmente en situation de hautes pressions atmosphériques. Variations de la capacité de levage avec l'albédo:Quand le rayonnement solaire réfléchi augmente, le ballon solaire reçoit plus de chaleur. La température intérieure augmente. Donc, meilleure capacité de levage sur la neige. Diminution des performances sur l'eau.
Variations de la capacité de levage avec la température extérieure :A une altitude donnée, pour une position du soleil donnée, pour une nébulosité donnée (brumes, cirrus, humidité dans l'air, etc.), le rayonnement solaire
est constant quelque soit la température de l'air ambiant. Exemple : Un ballon de 4m de diamètre (36m3) lèvera environ 2 kg en été et plus de 3 kg avec des températures extérieures négatives. Variations du différentiel de température en fonction du volume du ballon :Plus un ballon est petit, plus la transmission thermique, la conduction et la convection sont efficaces pour réchauffer l'air à l'intérieur du ballon. On atteint donc une température intérieure moyenne plus élevée dans un petit ballon solaire que dans un grand. k = S / V ballon de 4m de diamètre : k=1,488 Variations de la vitesse verticaleNote : La vitesse verticale considérée est la vitesse relative à la masse d'air (s'il est dans une masse d'air ascendante ou descendante, le ballon peut avoir par rapport au sol une vitesse verticale différente...). La vitesse verticale d'un ballon solaire est fonction de la résultante des forces appliquées au ballon (Fa) et de la traînée induite par le déplacement du ballon (T). dans ces formules :
Plus le diamètre augmente et plus la traînée augmente. Note : La vitesse verticale entraîne des déformations du ballon : le bas de l'enveloppe se creuse à la descente et le haut à la montée. Le simulateur du vol stratosphérique d'un ballon solaire :Nous avons conçu un simulateur du vol stratosphérique d'un ballon solaire (version 1 de mise à l'épreuve). Présentation et Téléchargement Comment évolue la température dans l'atmosphère ?L'inversion thermique. Dans la troposphère la température de l'air diminue normalement avec l'altitude, d'environ 6,5 °C par 1 000 m, mais dans certains cas, le gradient peut devenir positif sur une épaisseur plus ou moins prononcée de la troposphère. La température, dans cette épaisseur, augmente avec l'altitude.
Comment varie la température et la pression dans l'atmosphère ?À faible altitude, la pression atmosphérique baisse de 1 hPa chaque fois que l'on s'élève de 8 mètres, et la température baisse d'environ 1 °C chaque fois que l'on s'élève de 150 m (valeur ISA : perte de 6,5 °C par kilomètre, soit 1 °C pour 154 m ou 505 pieds).
Comment varie la température de l'air ?Variations de la température avec l'altitude
- Au début de la stratosphère (sous nos latitudes : de 11000 m et jusqu'à 20000 m), la température de l'air se stabilise à -56,5°C. - Au-dessus de 20000 m, la température augmente à nouveau jusqu'à 50000 m.
Pourquoi la température de l'atmosphère augmente ?Quand il fait un peu plus chaud, le cycle du carbone et la solubilité de CO2 dans les océans sont modifiés : le dioxyde de carbone est relâché dans l'atmosphère, ce qui augmente la température, avec effet boule de neige (c'est l'inverse quand il fait plus froid).
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