diplomet.info - Isentropen

Definition:

Linien gleicher Entropie werden als Isentropen bezeichnet. Bleibt die Entropie bei einem (thermodynamischen) Prozess konstant, so wird dieser Prozess als isentrop bezeichnet. Entropie kann durch diabatische Prozesse zu- oder abgeführt werden und nach dem 2. Hauptsatz durch irreversible Prozesse nur erzeugt werden. Folglich ist ein adiabatisch, reversibler Prozess immer auch isentrop. Die Umkehrung gilt jedoch nicht, denn der irreversible Entropiezuwachs bei einem thermodynamischen Prozess könnte auch diabatisch exakt kompensiert werden, so dass Netto ein Isentropie herrscht.

In der Meteorologie wird als Analogon zur Physik gern die potentielle Temperatur benutzt. Dementsprechend werden Linien gleicher potentieller Temperatur als Isentropen und Prozesse bei denen die potentielle Temperatur erhalten bleibt als isentrop bezeichnet.

Anwendung:

Da die Atmosphäre im Mittel vertikal stabil geschichtet ist, nimmt die potentielle Temperatur mit der Höhe zu. Vor allem in der sehr stabilen mittleren Atmosphäre sind Isentropen daher ein sehr gutes Höhenmaß.
Zudem sind isentrope Flächen bei der Betrachtung von synoptisch-skaligen Bewegungen von Luftpaketen von essentieller Bedeutung. In sehr guter Näherung verlaufen alle synoptisch-skaligen Bewegungen adiabatisch und quasistatisch (also reversibel) ab. Aus dieser Isentropieannahme folgt für synoptisch-skalige Bewegungen sofort, dass diese immer auf isentropen Flächen ablaufen. Allein die Neigung der Isentropen ist also ein Kriterium für Vertikalbewegungen.

Isentrope Prozesse vereinfachen den 1. Hauptsatz der Thermodynamik. Die bisher schwierig zu behandelnde Größe der Arbeit wird nun zu einem totalen Differential der inneren Energie. Des weiteren lässt sich der individuelle trockenisentrope vertikale Temperaturgradient mit der Isentropieannahme aus der Enthalpieform des 1.Hauptsatzes gewinnen.

Weitere Anwendung:

Eine weitere wichtige Anwendung erfahren isentrope Flächen bei der Anwendung der isentropen potentiellen Vorticity (IPV). Demnach verläuft jede atmosphärische Bewegung auf den Schnittlinien zwischen Isentropen und den Flächen gleicher IPV.

© Marcus Boljahn