Apuntes Energ A 2 2013

Cátedra de Introducción a las Ciencias de la Atmósfera
Introducción a las Ciencias de la Atmósfera
Unidad 2: Energía en la atmósfera

Calor
De acuerdo con el primer principio de la termodinámica, la energía no se crea ni se
destruye. Sin embargo, este principio también establece que la energía puede cambiar de
forma. Una de estas formas es el calor. La energía que ingresa a la atmósfera lo hacefundamentalmente en forma de radiación de onda corta proveniente del Sol. Una vez
captada, la energía puede cambiar de forma varias veces mientras pone en movimiento a
los sistemas que dan lugar a los fenómenos meteorológicos. Por último, la energía se
pierde en el espacio exterior en forma de radiación terrestre de onda larga.

Calor sensible
Para que hierva el agua en una pava es necesariosuministrarle suficiente calor. De
hecho, para elevar unos pocos grados la temperatura del agua es necesario disponer de
bastante calor. La capacidad calorífica de una sustancia se define como el cociente entre
la cantidad de energía absorbida en forma de calor y su correspondiente aumento de
temperatura. La capacidad calorífica por unidad de masa se denomina calor específico. O
sea, que el calorespecífico representa la cantidad de energía calorífica necesaria para
elevar en un 1°C la temperatura de 1 gramo de una sustancia.
El calor sensible ∆QH puede ser percibido por los seres humanos; es esencialmente la
porción del calor total que se asocia con el cambio de temperatura ∆T. La expresión del
calor sensible por unidad de masa de aire maire viene dada por

∆QH
= C p ⋅ ∆T
maire

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El

calor

específico,

Cp

C pd = 1004,67 J ⋅ kg −1 ⋅ K −1

depende

de

cada

sustancia.

Para

el

aire

seco,

. Para el aire húmedo, el calor específico es
C p = C pd ⋅ (1 + 0,84 ⋅ w)

en donde w es la relación de mezcla del vapor de agua, expresada en unidades de
gvapor

/

gaire

seco

.

El

C liq = 4200 J ⋅ kg −1 ⋅ K −1

calor

específico

delagua

líquida

es

mucho

mayor:

.

Calor latente
Para pasar de un estado a otro (cambio de fase) las sustancias requieren un cierto
monto de energía que se denomina calor latente. En particular, la evaporación es un
proceso de enfriamiento debido a que la energía necesaria para evaporar el agua –es
decir, para cambiar su fase de un líquido a un gas– proviene tanto del agua como de otras
fuentes,incluyendo al aire.
La energía perdida por el agua líquida durante la evaporación se puede considerar como
transportada por, o transferida a la molécula de vapor de agua. La energía por lo tanto se
encuentra “almacenada” u “oculta”, y por consiguiente se la denomina calor latente. Es
latente en el sentido que la temperatura de la sustancia permanece constante al cambiar
de fase. Sin embargo, laenergía calorífica volverá a manifestarse como calor sensible (el
calor que se “siente”, que es proporcional a la variación de temperatura de la sustancia de
acuerdo con su calor específico) cuando el vapor se condensa conformando nuevamente
agua líquida. Por consiguiente, la condensación (el proceso opuesto a la evaporación) es
un proceso de calentamiento.
La energía calorífica liberada cuando elvapor de agua condensa para formar agua
líquida se denomina calor latente de condensación. De manera opuesta, la energía
calorífica requerida para cambiar el líquido en vapor a la misma temperatura se llama
calor latente de evaporación.

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La energía calorífica necesaria para transformar hielo en vapor (proceso de sublimación)
se denominacalor latente de sublimación.
El calor latente constituye una importante fuente de energía en la atmósfera. Una vez
que las moléculas de vapor son extraídas de la superficie terrestre, son transportadas por
las corrientes de aire. Una vez que alcanzan cierta altura en donde el aire es más frío, el
vapor se transforma en partículas de agua o hielo. Durante este proceso se libera una
cantidad...