Termodinamica atmosfera

Facultad de Ciencias

Curso de Introducción a la Meteorología 2011

BOLILLA 11

PROCESOS TERMODINÁMICOS EN LA ATMÓSFERA
1. CAMBIOS DE ESTADO
Al contrario de otros componentes más abundantes de la atmósfera, el vapor de agua puede cambiar
de estado (sólido, líquido, gaseoso) a las temperaturas y presiones normales sobre la superficie de la
Tierra. Los procesos de cambio de estado exigenque el calor sea absorbido y liberado (Fig. 1). La
cantidad de calor es medida en calorías. Una caloría es la cantidad de calor que debe ser adicionada
a 1 gramo de agua para aumentar su temperatura en 1° C (1 caloría = 4,186 Joules).
La cantidad de calor absorbida o liberada en un cambio de estado no implica un cambio de
temperatura de la substancia. Por eso, se denomina calor latente. Cuandose suministra calor a un
trozo de hielo (0° C), por ejemplo, la temperatura permanece constante hasta que el hielo se derrite.
La energía es usada para romper la estructura cristalina interna del hielo y derretirlo. Esta energía no
está disponible como calor hasta que el líquido retorna al estado sólido. La importancia del calor
latente en los procesos atmosféricos es crucial.

Fig. 1 -Cambios de estado

Bolilla 11 – Procesos termodinámicos

Dra. Madeleine Renom

Facultad de Ciencias

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El proceso de conversión de un líquido para gas es llamado evaporación. Son necesarias 600 cal
para convertir 1 g de agua a vapor de agua a una T= 0° C y 540 cal a una T= 100° C. La energía
absorbida por las moléculas de agua durante laevaporación es usada solamente para darles el
movimiento necesario para escapar de la superficie del líquido y volverse un gas. Esta energía, que
es posteriormente liberada con el calor cuando el vapor vuelve a ser líquido, es denominada calor
latente de vaporización.

Bolilla 11 – Procesos termodinámicos

Dra. Madeleine Renom

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Condensación es el proceso por el cual el vapor de agua cambia para el estado líquido. En este
proceso las moléculas de agua precisan liberar energía (calor latente de condensación) equivalente a
la absorbida durante la evaporación.
Fusión es el proceso por el cual un sólido se transforma en líquido. Requiere la absorción de
aproximadamente 80 cal/g para el agua (calor latente defusión). La solidificación (congelamiento),
el proceso inverso, libera estas 80 cal/g.
Sublimación es la conversión de un sólido directamente para un gas sin pasar por el estado líquido
y la deposición es el proceso inverso, la conversión de vapor para sólido. La sublimación y la
deposición envuelven una cantidad de energía igual la suma de las energías comprendidas en los
otros dos procesos. (600cal/g + 80 cal/g)
La sublimación puede ser fácilmente observada en el "hielo seco" (dióxido de carbono congelado).
La condensación que es la deposición junto al suelo es visible como rocío y helada. Los mismos
procesos en la atmósfera producen nubes.
Cuando existe un cambio de fase del gas, el calor entregado o liberado se calcula de la siguiente
manera:
Q = m.L
Donde m es la masa y L es elcalor latente de la sustancia y depende como ya vimos de la naturaleza
del cambio de fase.
2. VARIABLES DE HUMEDAD (PRESION DE VAPOR, HUMEDAD ABSOLUTA, RAZON DE MEZCLA)
La ley de Dalton afirma que la presión total de una mezcla de gases es igual la suma de las
presiones ejercidas por cada gas constituyente. Cuando el vapor de agua entra en la atmósfera las
moléculas de agua se dispersanrápidamente, mezclándose con los otros gases y contribuyendo para
la presión total ejercida por la atmósfera. La presión de vapor (e) es simplemente la parte de la
presión atmosférica total debida al contenido de vapor de agua y es directamente proporcional a la
concentración de vapor en el aire.
La humedad absoluta es definida como la masa de vapor de agua (usualmente en gramos) por
unidad de...