En varios manuales de climatología que he ojeado (Gil Olcina, Cuadrat, Martín Vide) en el capítulo dedicado al movimiento vertical de masas de aire, para explicar la inestabilidad y la formación de nubes se expone que las masas de aire pueden ser consideradas como elemento isotermicos, esto es que no se ven influídas por el aire circundante y por tanto que conservan bastante bien su temperatura. Así una masa de aire caliente, menos denso y por tanto mas ligero que el que le rodea comienza a ascender hasta que su tempreatura se iguala con la del aire que le rodea y se para. Hasta aquí creo que lo tengo claro.
Pero el problema viene cuando dicen que el descenso de la temperatura es consecuencia de le menor presión. Cito textualemnte:
"Así, resulta que toda porción de aire sometida a un movimiento ascendente, al sufrir una presión cada vez menor con la altura aumenta su volumen y en consecuencia desciende la temperatura" (Cuadrat)
o
"Por proceso adiabático se conoce la modificación de temperatura que no posee otra causa sino el cambio de presión; cuando el aire no saturado asciende como la presión atmosférica decrece con el incremento de altitud; el resultado es que se expande y se enfría." (Gil Olcina)
Al someter esta afirmación a la Leyes de Boyle y de Charles y Gay-Lussac, quedo sorprendido, puesto que si la presión es inversamente proporcional al volumen P=k/V y el volumen es directamente proporcional a la temperatura V=KT el resultado no es que a menos presión, menos temperatura, sino justo la contraria PV=nRT, a mas presión menos temperatura. En esta ecuación, despreciado las constantes que podríamos igualar a 1 en un caso ideal, cualquier disminución en la presión implicaría necesariamente una disminución en la temperatura. O expresado de una forma no matemática, si la presión es inversamente proporcional al volumen, es decir a mas presión menos volumen; y el volumen es directamente proporcional a la temperatura, es decir a mas volumen mas temperatura, la presión es inversamente proporcional a la temperatura, y a mas presión menos temperatura y a la inversa.
Además la experiencia dice que cuando yo caliento agua esta se expande; o que el gas butano esta congelado dentro de la bombona a consecuencia de la presión.
¿Alguien podría aclarar mis dudas físicas?
Bueno "Deskartes" interesantísimo tema el sacado.
Personalmente poco sé de física, pero por lo leído en varios libros y en principio, efectivamente, la presión es inversamente proporcional a la tempertura (Una de las leyes de Boyle-Mariott, creo)
La temperatura, al fin y al cabo, es simplemente una medida de la cantidad de energía que se genera en cada uno de los choques de partículas que conforman, en este caso, un fluido.
Hay 2 formas de aumentar la temperatura:
-Una es dándole calor propiamente dicho, es decir, calentándolo por conducción.
-Otra es aplicando más presión, es decir, a más presión, menor espacio le quedan a esas moléculas para chocar entre sí. A su vez, este menor espacio implica un mayor número de choques, lo que redunda en una mayor liberación de energía y en definitiva, más calor.
Resumiendo, a más presión (y con un mismo volumen) la temperatura aumentaría y viceversa.
Para disminuir la temperatura aumentando la presión, en principio, creo que sólo será posible aumentando a su vez el volumen para que esas partículas tengan más espacio libre y el nº de choques entre ellas disminuya.
Bueno, es un pco rollo y tendría que consultar libros porque hablo de memoria y como te he dicho anteriormente, ni mucho menos tengo una idea académica del tema.
A ver si algún otro forero podría aclarar más el asunto.
un saludo.
A ver si te puedo ayudar Deskartes,creo que es por el motivo que te voy a contar.
Seré breve.
Resulta que en un proceso adiabatico se cumple que dQ=0,de ahí se deducen las ecuaciones de Poisson,una de ellas relaciona la variación de presion y la de temperatura de esta forma:
T/Pc=cte
Siendo c=Cp-Cv/Cp
estos coeficientes que forman parte de c son los calores específicos a presion y a volumen constante siendo 0< c<1 de manera que si pasamos de una presion inicial P0= 1 atm a otra final Pf=0.8 atm. por ejemplo, y teniendo que para el aire no saturado que es una mezcla de gases diatómicos para c se cumple que C= 0.286 se deduce (cálculos hechos por mi, no los pongo porque alargaría mas la explicación,no son complicados) que Tf=0.93*T0, por lo tanto se demuestra que en un proceso adiabatico,al disminuir la presión tambien disminuye la temperatura.
Espero haberte ayudado,
Saludos
Cita de: Jaro en Jueves 28 Octubre 2004 18:30:02 PM
A ver si te puedo ayudar Deskartes,creo que es por el motivo que te voy a contar.
Seré breve.
Resulta que en un proceso adiabatico se cumple que dQ=0,de ahí se deducen las ecuaciones de Poisson,una de ellas relaciona la variación de presion y la de temperatura de esta forma:
T/Pc=cte
Siendo c=Cp-Cv/Cp
estos coeficientes que forman parte de c son los calores específicos a presion y a volumen constante siendo 0< c<1 de manera que si pasamos de una presion inicial P0= 1 atm a otra final Pf=0.8 atm. por ejemplo, y teniendo que para el aire no saturado que es una mezcla de gases diatómicos para c se cumple que C= 0.286 se deduce (cálculos hechos por mi, no los pongo porque alargaría mas la explicación,no son complicados) que Tf=0.93*T0, por lo tanto se demuestra que en un proceso adiabatico,al disminuir la presión tambien disminuye la temperatura.
Espero haberte ayudado,
Saludos
O sea, deduzco que la explicación de que no se cumplan las leyes de Gay-Lussac y Boyle Marriot se debe al calor específico del los componentes de la masa de aire. No entiendo muy bien que tiene que ver el calor específico con el fenómeno de la presión presión y la temperatura, pero de todas formas gracias amigo
@Jaro.
Algún físico mas por aquí que pueda ayudarme.
El meollo esta en la palabra adiabático. Ahora mismo no te puedo contestar, pero puedo mirar mis apuntes de termo y contestarte en otro momento si no lo ha hecho nadie antes.
¿Habeis tenido en cuenta las variaciones de la energía potencial gravitatoria de la burbuja que asciende (o desciende)?
En un proceso adiabático, la energía interna del gas (o temperatura) sólo varía gracias al trabajo realizado por el sistema, que en este caso lo realiza la fuerza de la gravedad.
Más concretamente y en este caso en el que la burbuja asciende: Al disminuir la temperatura, disminuye la energía interna del gas. ¿A donde va a parar esta energía?. La respuesta es que esta energía se emplea en hacer ascender la burbuja en el campo gravitatorio terrestre.
Así, dEi = - dUp.
Donde Ei, es la energía interna y Up, la energía potencial.
Saludos.
Cita de: gluon en Viernes 29 Octubre 2004 15:14:47 PM
En un proceso adiabático, la energía interna del gas (o temperatura) sólo varía gracias al trabajo realizado por el sistema, que en este caso lo realiza la fuerza de la gravedad.
Más concretamente y en este caso en el que la burbuja asciende: Al disminuir la temperatura, disminuye la energía interna del gas. ¿A donde va a parar esta energía?. La respuesta es que esta energía se emplea en hacer ascender la burbuja en el campo gravitatorio terrestre.
Así, dEi = - dUp.
Donde Ei, es la energía interna y Up, la energía potencial.
Saludos.
En serio la explicación de que una masa de aire caliente que asciende y se enfría con menos presión es la perdida de la energía consumida por sus partículas para ascender. ¿Entonces el efecto que hace que el Fohën se caliente es la gravedad al bajar por la pendiente de sotavento?
La masa de aire asceinde porque al calentarse, se hace menos densa y por tanto mas ligera que lo que le circunda ¿no?
Gracias a todos
Un físico que controle estos temas por favor!!!!
Cita de: Deskartes en Viernes 29 Octubre 2004 16:44:24 PM
En serio la explicación de que una masa de aire caliente que asciende y se enfría con menos presión es la perdida de la energía consumida por sus partículas para ascender. ¿Entonces el efecto que hace que el Fohën se caliente es la gravedad al bajar por la pendiente de sotavento?
Pues claro. Es el efecto contrario.
Saludos.
CitarO sea, deduzco que la explicación de que no se cumplan las leyes de Gay-Lussac y Boyle Marriot se debe al calor específico del los componentes de la masa de aire. No entiendo muy bien que tiene que ver el calor específico con el fenómeno de la presión presión y la temperatura
A ver Deskartes,la ley de Boyle-Marriot se cumple para gases ideales en procesos a temperatura constante y en un proceso adiabatico la temperatura sí varía por tanto esta ley no es válida.En cuanto a la de Gay-Lussac,esta si se cumple ya que lo que relaciona son los volúmenes de los distintos elementos que forman un gas ideal y el hecho de que aumente o disminuya el volumen de la burbuja de aire no implica que las proporciones en los volúmenes de los distintos gases ideales que forman el aire cambie.
Lo de los calores específicos a presión y volumen constante es resultado de que las variaciones de calor del sistema estan relacionadas con las variaciones de energía interna y entropía de este,y en un gas ideal se cumple que :
dU=C
vdT
dH=C
pdT
siendo dU=dQ
v (variación de calor a volumen constante)
y dH=dQ
p ( variacion de calor a presión constante)
Creo que era así,espero haberte ayudado y si alguien tiene algo que corregirme puede hacerlo sin problemas ;) ;)
Saludos
Cita de: gluon en Viernes 29 Octubre 2004 15:14:47 PM
¿Habeis tenido en cuenta las variaciones de la energía potencial gravitatoria de la burbuja que asciende (o desciende)?
En un proceso adiabático, la energía interna del gas (o temperatura) sólo varía gracias al trabajo realizado por el sistema, que en este caso lo realiza la fuerza de la gravedad.
Más concretamente y en este caso en el que la burbuja asciende: Al disminuir la temperatura, disminuye la energía interna del gas. ¿A donde va a parar esta energía?. La respuesta es que esta energía se emplea en hacer ascender la burbuja en el campo gravitatorio terrestre.
Así, dEi = - dUp.
Donde Ei, es la energía interna y Up, la energía potencial.
Saludos.
Pues yo pensaba que era al revés, que el aire frío al ser más denso a igual volumen que el aire caliente tiene más energía y por eso desciende ???
Saludos
Gluón ha planteado el asunto desde el punto de vista energético y con una formulita de esas que tanto le gustan a él ;)
El tema del foehn es relativamente fácil de entender y nos sirve perfectamente para ilustrar todo esto de los procesos adiabáticos que estais hablando.
El aire al ascender se va encontrando con una presión y temperatura cada vez menor y, en consecuencia, para que se cumpla la ec. de estado de los gases perfectos (el aire en primera aproximación puede considerarse como tal) necesariamente el volumen tiene que aumentar.
Esto es algo lógico y fácil de entender si pensamos en un globo lleno de aire que fueramos subiendo por la atmósfera. Abajo, junto al suelo, la presión interior es igual a la exterior por lo que las fuerzas a uno y a otro lado de su superficie serían iguales. Al subir, la presión exterior disminuye y en consecuencia las moléculas del interior del globo empujan más hacia fuera que las del exterior hacia dentro.
Resultado: el globo se va agrandando.
Pregunta: ¿la temperatura del interior del globo será mayor, menor o igual que la que tenía abajo? claramente menor, y si se establece la hipótesis de que la expansión es adiabática es para despreciar los intercambios de calor que realmente existen continuamente en el seno de un fluido como el aire.
El modelo de la parcela o burbuja de aire nos ayuda a comprender los movimientos verticales en la atmósfera pero no deja de ser un modelo, pues no hay frontera alguna entre una parcela de aire y los alrededores. Todo es un medio continuo.
Según se aleja la parcela del suelo la parcela va perdiendo cada vez más calor y aquí se establecen nuevas hipótesis.
Si el aire no está saturado la disminución de la temperatura considerada es del orden de 1 ºC por cada 100 m (gradiente adiabático del aire seco), sin embargo, alcanzado el nivel de saturación de ese aire tiene lugar la condensación en su seno, y al producirse ese cambio de fase (de gas a líquido) se libera una cantidad de calor (calor latente) al entorno que compensa en parte la pérdida que hasta ese momento venía registrándose al subir.
El caso es que a partir de ese momento nuestra parcela disminuye su temperatura a razón de unos 0,6 ºC por cada cien metros (gradiente adiabático saturado).
El aire sigue ascendiendo la montaña y si precipita a barlovento pierde gran cantidad de su humedad en ese proceso, llegando bastante seco a la cima. Una vez ahí y ayudado por la gravedad, como apuntaba acertadamente gluón, inicia su descenso por la ladera de sotavento, pero en todo el tramo va ganando temperatura a razón de 1 ºC por cada 100 m, al tratarse de aire seco. El resultado es un viento bastante recalentado al llegar al valle.
Cita de: Jaro en Viernes 29 Octubre 2004 18:03:49 PM
A ver Deskartes,la ley de Boyle-Marriot se cumple para gases ideales en procesos a temperatura constante y en un proceso adiabatico la temperatura sí varía por tanto esta ley no es válida.En cuanto a la de Gay-Lussac,esta si se cumple ya que lo que relaciona son los volúmenes de los distintos elementos que forman un gas ideal
Vamos a ver si me aclaro.
Si la presión es inversamente proporcional al volumen P=k/V y el volumen es directamente proporcional a la temperatura V=KT
De la Ley de Gay-Lusac se deduce facilmente que si yo auemnto la temperatura aumento el volumen y por tanto disminuyo la presión. Lo cual contradice claramente el hecho de que una nube, mientras sube y se enfría aumente su volumen.
Cita de: spissatus en Viernes 29 Octubre 2004 18:32:35 PM
Gluón ha planteado el asunto desde el punto de vista energético y con una formulita de esas que tanto le gustan a él ;)
El tema del foehn es relativamente fácil de entender y nos sirve perfectamente para ilustrar todo esto de los procesos adiabáticos que estais hablando.
El aire al ascender se va encontrando con una presión y temperatura cada vez menor y, en consecuencia, para que se cumpla la ec. de estado de los gases perfectos (el aire en primera aproximación puede considerarse como tal) necesariamente el volumen tiene que aumentar.
Esto es algo lógico y fácil de entender si pensamos en un globo lleno de aire que fueramos subiendo por la atmósfera. Abajo, junto al suelo, la presión interior es igual a la exterior por lo que las fuerzas a uno y a otro lado de su superficie serían iguales. Al subir, la presión exterior disminuye y en consecuencia las moléculas del interior del globo empujan más hacia fuera que las del exterior hacia dentro.
Resultado: el globo se va agrandando.
Pregunta: ¿la temperatura del interior del globo será mayor, menor o igual que la que tenía abajo? claramente menor, y si se establece la hipótesis de que la expansión es adiabática es para despreciar los intercambios de calor que realmente existen continuamente en el seno de un fluido como el aire.
El modelo de la parcela o burbuja de aire nos ayuda a comprender los movimientos verticales en la atmósfera pero no deja de ser un modelo, pues no hay frontera alguna entre una parcela de aire y los alrededores. Todo es un medio continuo.
Según se aleja la parcela del suelo la parcela va perdiendo cada vez más calor y aquí se establecen nuevas hipótesis.
Si el aire no está saturado la disminución de la temperatura considerada es del orden de 1 ºC por cada 100 m (gradiente adiabático del aire seco), sin embargo, alcanzado el nivel de saturación de ese aire tiene lugar la condensación en su seno, y al producirse ese cambio de fase (de gas a líquido) se libera una cantidad de calor (calor latente) al entorno que compensa en parte la pérdida que hasta ese momento venía registrándose al subir.
El caso es que a partir de ese momento nuestra parcela disminuye su temperatura a razón de unos 0,6 ºC por cada cien metros (gradiente adiabático saturado).
El aire sigue ascendiendo la montaña y si precipita a barlovento pierde gran cantidad de su humedad en ese proceso, llegando bastante seco a la cima. Una vez ahí y ayudado por la gravedad, como apuntaba acertadamente gluón, inicia su descenso por la ladera de sotavento, pero en todo el tramo va ganando temperatura a razón de 1 ºC por cada 100 m, al tratarse de aire seco. El resultado es un viento bastante recalentado al llegar al valle.
El problema de el Fohën no es como pierde la humedad, eso es fácilmente comprensible. sino como aumenta la temperatura, ya que va de una zona de menos presión a una zona de mas presión, y Si la presión es inversamente proporcional al volumen P=k/V y el volumen es directamente proporcional a la temperatura V=KT
De la Ley de Gay-Lusac se deduce facilmente que si yo auemnto la presión reduzco la temperatura.
Si no es así ¿por qué el butano está líquido en la botella y cuando sale, pasa a una zona de menos presión se hace gas y aumenta su temperatura?
OS recuerdo que en el interior de la tierra la roca esta fundida debido a la presion.Mas concretamente al calor generado por esta.... Lo que pasa es k cuando se habla de agua... la cosa cambia xD.
PD: Me siento tonto solo de ver todos los comentarios.Pareceis todos tan puestos en el tema que me siento como si estuviera en 2º de EGB xD.
No puedes mezclar a tu antojo esas dos leyes básicas de los gases perfectos.
PV=K sólamente a temperatura constante
V=KT sólamente a presión constante
Salvo que T y P sean constantes simultáneamente, en cuyo caso el volumen también lo será, no es admisible que relaciones ambas en el supuesto que estamos considerando de una parcela de aire evolucionando adiabáticamente en la atmósfera.
Recordemos que el aire además de un fluído es un gas. Por ser un gas debe cumplir la ecuación de los gases, siendo un hecho comprobado que se cumple mejor la ecuación de los gases perfectos que la de Van der Waals, para gases reales.
La aplicación de esa ecuación (que es básica en la modelización), en la que se relacionan: Presión, densidad, temperatura y la correspondiente constante, y que en definitiva es un compendio de la de Boyle y la de Gay Lussac, no sólo no provoca ningún tipo de paradoja en los movimientos adiabáticos del aire, sino que resulta clave para determinar el sistema elemental de ecuaciones del movimiento del aire.
Muchos saludos.
Cita de: Deskartes en Jueves 28 Octubre 2004 14:02:54 PM
Además la experiencia dice que cuando yo caliento agua esta se expande; o que el gas butano esta congelado dentro de la bombona a consecuencia de la presión.
1.- Ten en cuenta, que cuando tu calientas
agua, estás aportando energía al sistema. Existe un intercambio de energía entre el agua y sus alrededores.
Esto no es un caso adiabático.
No puedes compararlo con el tema de la burbuja de aire en la atmósfera (caso adiabático), ya que las conclusiones serán erróneas, como efectivamente son.
2.- Respecto al
gas butano, la presión lo que hace es que las moléculas estén más juntas y puedan entrar en acción las fuerzas de atracción intermoleculares. Al actuar estas fuerzas, se desprende energía, la energía de enlace entre moléculas. Esta energía se compensa por la pérdida de energía cinética de las moléculas, reduciendo así el gas su energía interna o temperatura. Por esto desciende la temperatura del gas.En definitiva,
ya no estamos en un caso adiabático, pues esta energía se transmite a los alrededores. Y por la misma razón, las conclusiones por comparación volveran a ser erróneas.
Saludos.
Cita de: spissatus en Viernes 29 Octubre 2004 21:36:15 PM
No puedes mezclar a tu antojo esas dos leyes básicas de los gases perfectos.
PV=K sólamente a temperatura constante
V=KT sólamente a presión constante
Salvo que T y P sean constantes simultáneamente, en cuyo caso el volumen también lo será, no es admisible que relaciones ambas en el supuesto que estamos considerando de una parcela de aire evolucionando adiabáticamente en la atmósfera.
Efectivamente. En el caso considerado no se mantiene constante ni la presión, ni el volumen ni la temperatura.
De las leyes de Boyle y Gay-Lussac, se deduce, como muy bien apuntaba Anetus, la ecuación de estado de los gases,
PV=nRT
En esta ecuación tenemos la ley de Boyle, sin más que hacer constante la temperatura. Y si se mantiene constante la presión, obtenemos la ley de Gay-Lussac.
Por lo tanto, si en un proceso se modifican las tres variables, esta ecuación por si sóla, no nos clarifica nada. Necesitamos algún otro elemento, que en este caso es el trabajo realizado por el gas en la expansión de la burbuja.
Saludos.
Bueno ya han pasado días y no si seguira intrigandote este asunto.
lo más conveniente creo que será realizar un balance de energías, usando dos puntos cualquiera de la trayectoría de la masa de aire de forma que:
H2-H1+ Ec2-Ec1 + Ep2-Ep1 + Q-W = 0
Donde H es la entalpía H = U + PV
U la energía interna para este caso U= m Cp T
Ec energía cinética
Ep energía potencial
Q calor intercambiado
W trabajo intercambiado.
Si se trata de un caso adiabático Q=0, y estarás de acuerdo en que esta masa de aire no realiza ningún trabajo, luego W=0.
La diferencia de energía cinetica se puede despreciar sin cometer grandes errores.
Por tanto: H2-H1 + Ep2-Ep1 = 0
Introduciendo H y U
m Cp (T2-T1) = Ep1 - Ep2 + P1V1 -P2V2
En dos palabras se produce una transferencia energética, disminuye su temperatura para ascender y modificar su volumen. Los terminos P1 y P2 vienen impuestos.
Un tema tan interesante se merece un poco más de atención. Lo subo para que al que le pueda interesar le eche un vistazo
En un proceso adiabatico,como dicen,Q=0,pero tener en cuenta que todo son suposiciones,de que la masa de aire asciende de forma adiabatica(sin intercambiar energia con el entorno,con la misma presion que este,etc).
La ecuacion para procesos adiabaticos es pVc= cte.Tambien tener en cuenta,que pV=nRT solo vale para la suposicion de GASES IDEALES,y experimentalmente se comprueba que esto es para presiones bajas.La mejor ecuacion para los gases,es la de Van der Waals,que ttiene en cuenta los volumenes de las moleculas y su interaccion:
(p+a/V2)(V-b)=RT
Cita de: fobos20 en Jueves 03 Febrero 2005 13:01:43 PM
En un proceso adiabatico,como dicen,Q=0,pero tener en cuenta que todo son suposiciones,de que la masa de aire asciende de forma adiabatica(sin intercambiar energia con el entorno,con la misma presion que este,etc).
La ecuacion para procesos adiabaticos es pVc= cte.Tambien tener en cuenta,que pV=nRT solo vale para la suposicion de GASES IDEALES,y experimentalmente se comprueba que esto es para presiones bajas.La mejor ecuacion para los gases,es la de Van der Waals,que ttiene en cuenta los volumenes de las moleculas y su interaccion:
(p+a/V2)(V-b)=RT
Efectivamente esa ecuación explicaría mucho mejor que la de los gases idelaes, ya lo voy entendiendo mejor, aunque cuesta... :P
Spisatus y gluon...Habeis dado en la diana. Destraeler...menudo barullo tienes.