Para uma parcela de ar seco atmosférico com massa m = 1,0 kg e em equilíbrio hidrostático, a 1ª Lei da Termodinâmica é expressa du = dq – dw, onde du é a variação da energia interna da parcela, dq a quantidade de calor recebido ou cedido ao ambiente pela parcela, e dw o trabalho sofrido ou exercido pela parcela. Pode-se reescrever a 1ª Lei acima usando-se a definição de trabalho por unidade de massa dw = p !$ d\alpha !$, sendo p a pressão da parcela e α o seu volume específico, de forma que a 1ª Lei fica: dq = du + p !$ d\alpha !$. Usando- se também as definições de calor específico do ar seco à pressão constante !$ c_p = \left( { \large dq \over dT}\right)_p !$ e calor específico do ar seco a volume constante !$ c_v = \left ({ \large dq \over dT}\right)_v !$ , onde T é a temperatura da parcela, a 1ª Lei pode ser escrita como !$ dq = c_v dT + p d\alpha. !$

Lembrando ainda que vale, para o ar seco, considerado gás ideal, a relação !$ c_p = c_v !$ + R, onde R é a constante dos gases para o ar seco. Com o auxílio da Equação do Estado, tem-se que a 1ª Lei também é escrita como !$ dq = c_p dT – \alpha dp !$. Desta forma, o significado físico dos termos !$ c_v dT, c_p dT e – \alpha dp !$ são as variações, respectivamente,

A pressão à superfície, não corrigida ao nível do mar, de uma coluna de ar seco de área de base unitária é !$ p_0 !$ = 950,0 hPa. Supondo que essa coluna de ar esteja em equilíbrio hidrostático e possua temperatura constante com a altitude de !$ T_0 !$ = 300,0 K, a pressão na altitude de z = 8610,0 m é:

Obs.: adote, se necessário:

g = 10,0 m !$ s^{–2} !$ para a aceleração da gravidade na coluna;

!$ Rd = 287,0 J kg^{–1} K^{–1} !$ para a constante dos gases para o ar seco;

e = 2,5 para o valor do algarismo neperiano.

Considere o ar seco atmosférico como um gás ideal. Qual é a quantidade N de moléculas necessárias para produzir uma pressão p = 630,0 hPa nas paredes internas de um sistema fechado contendo esse ar, onde se mede o volume V = 2,0 !$ m^3 !$ à temperatura T = 27,0 ºC?

Considere suas contas com aproximação máxima de 1 (uma) casa decimal. Adote, se necessário, os seguintes valores aproximados para:

!$ R_d = 287,0 J kg^{–1} K^{–1} !$ (constante dos gases para o ar seco atmosférico)

!$ k = 1,4 x 10^{–23} J K^{–1} !$ (constante de Boltzmann)

!$ m_p = 4,7 x 10^{–23} g !$ (massa de uma molécula de ar seco)

!$ M_d = 29,0 g mol^{–1} !$ (peso molecular do ar seco)

!$ N_A = 6,0 x 10^{23} mol^{–1} !$ (número de Avogrado)

Em geral, frentes frias apresentam deslocamento rápido em regiões subtropicais e, particularmente, na Região Sudeste brasileira. Nestas situações, há maior desenvolvimento vertical das nuvens associadas ao fenômeno.

Assinale a alternativa correta quanto ao tipo de nuvens representadas na figura, que esquematiza o quadro esperado das nuvens em deslocamentos rápidos de frentes frias em função da altitude, em que traços verticais representam precipitação, traços horizontais, nuvens e setas abertas e sólidas, os principais escoamentos de massa. O limite inferior da camada de inversão de subsidência é também destacada.

Quanto à composição química da atmosfera terrestre na troposfera e estratosfera, assinale a alternativa que corresponde aos principais constituintes químicos associados, respectivamente, a uma distribuição vertical: