Clima

III TERMODINÁMICA DEL AIRE SECO
III.1.- BREVE REVISIÓN DE LOS CONCEPTOS TERMODINÁMICOS La termodinámica estudia los sistemas desde un punto de vista macroscópico, caracterizándolos a través de un conjunto de propiedades o atributos que reciben el nombre de variables o parámetros termodinámicos. Es una ciencia que se ocupa de las cantidades de energía puestas en juego cuando los sistemasinteraccionan entre sí, o bien de los intercambios de energía y / o materia entre un sistema y el medio que le rodea, así como de los cambios que experimentan sus parámetros o variables termodinámicas cuando tiene lugar un proceso o transformación. Si se trata de un sistema químico, el conjunto de propiedades o atributos que lo caracterizan son: la presión, el volumen, la temperatura, la densidad, elcalor específico, etc. Precisamente estas son las variables que se utilizan en Física de la atmósfera para estudiar los intercambios energéticos y las transformaciones que experimentan las masas de aire. El primer objetivo que se persigue, cuando se realiza el estudio termodinámico de un sistema, es la obtención empírica de la ecuación (o ecuaciones) de estado. Llegado a este punto conviene recordaralgunos conceptos fundamentales de esta ciencia. La ecuación de estado es una relación matemática entre diferentes variables termodinámicas de un sistema; dicha relación se cumple únicamente si el sistema se encuentra en un estado de equilibrio termodinámico. Se dice que un sistema está en equilibrio termodinámico cuando se cumplen los siguientes supuestos: a) que el sistema está en estadoestacionario, es decir, que el valor de todas y cada una de sus variables permanece constante en el transcurso del tiempo y b) que cada variable intensiva del sistema (por variable intensiva se entiende aquella variable que no dependen de la cantidad de materia, como, por ejemplo, la presión y la temperatura) tiene igual valor en cada uno de los puntos del mismo y, además, coincide con el valor que tieneen el medio con el que puede interaccionar. Dado que nosotros nos vamos a ocupar del estudio de los fenómenos atmosféricos, y puesto que el aire es un sistema químico, se puede decir que, en tales sistemas, existe equilibrio termodinámico cuando: 1) Existe equilibrio térmico, es decir, que la temperatura del sistema es la misma en todos sus puntos e igual a la del medio. 2) Existe equilibriomecánico, es decir que ocurre exactamente igual que lo anterior, pero ahora con la presión del sistema. 3) Existe equilibrio químico, es decir, que su composición química permanece constante en el tiempo y no existe intercambio neto de materia con el medio. Otros conceptos importantes son los relativos a los diferentes tipos de procesos o transformaciones que pueden experimentar los sistemas.Concretamente, nos estamos refiriendo a los procesos cuasiestáticos, reversibles e irreversibles. Se dice que un proceso es cuasiestático si cumple los siguientes supuestos: 1) que tanto los estados inicial y final como los estados intermedios por los que pasa el sistema son estados de equilibrio termodinámico, o se encuentra infinitamente próximo a él; 2) que el proceso es infinitamente lento; 3) que elrendimiento del proceso es máximo y 4) que es prácticamente irrealizable. Si además de los supuestos anteriores, se cumple que es posible invertir el sentido de la transformación, modificando ligeramente las condiciones externas, entonces diremos que el proceso es reversible. Por último diremos que un proceso es irreversible cuando se cumple que los estados intermedios por los que pasa el sistema noson de equilibrio termodinámico. En todos nuestros desarrollos, admitiremos, que los procesos que están teniendo lugar en una masa de aire son cuasiestáticos o reversibles, salvo que se indique explícitamente lo contrario. Por último, conviene recordar que en termodinámica se habla de calor y de trabajo como las dos formas distintas de intercambiar energía entre un sistema y el medio con el...