Адиабатический градиент температуры
Адиабати́ческий градие́нт температу́ры (изоэнтропийный градиент температуры), градиент температуры в стратифицированной атмосфере, соответствующий адиабатическому закону падения температуры с высотой . Если некоторый объём идеального газа не обменивается теплотой с окружающим веществом, то его давление и плотность связаны между собой адиабатическим законом , где – отношение удельных теплоёмкостей газа при постоянном давлении и постоянном объёме, или показатель адиабаты, . Поскольку при адиабатическом процессе сохраняется удельная (рассчитанная на единицу массы) энтропия газа , в адиабатически стратифицированной атмосфере энтропия постоянна. Если идеальный газ находится в поле силы тяжести, то адиабатический градиент температуры равен где – молярная масса, – универсальная газовая постоянная, а – ускорение свободного падения. Адиабатическая стратификация является частным случаем политропной стратификации, при которой , где – постоянная, называемая показателем политропы.
Адиабатический градиент температуры соответствует состоянию нейтрального равновесия атмосферы, при котором не возникает тепловая конвекция и не возбуждаются внутренние гравитационные волны. Отклонение градиента температуры от адиабатического значения в ту или иную сторону делает возможным одно из названных явлений, если это отклонение достаточно велико для преодоления диссипативных факторов – вязкости и теплопроводности. А именно, если фактический градиент по абсолютной величине превышает адиабатический, то среда конвективно неустойчива, и в ней может развиваться тепловая конвекция (т. н. критерий Шварцшильда); если фактический градиент меньше адиабатического по модулю, то в такой конвективно устойчивой среде могут возникать внутренние гравитационные волны.
Конвекция вызывает перемешивание вещества, и чем больше её интенсивность, тем равномернее распределяется в ней энтропия, т. е. тем больше стратификация приближается к адиабатической. Поэтому в конвективной зоне Солнца и конвективной зоне звёзд, где происходит очень сильное конвективное перемешивание, градиент температуры лишь немного превышает адиабатический.
Чем меньше сжимаемость среды, тем ближе к нулю адиабатический градиент температуры. В несжимаемой жидкости адиабатической стратификации соответствует изотермическая стратификация.