"física pura"

[rom]

Re: "física pura"

y porque me duele la rodilla antes del mal tiempo sera fisico como le pasa a butxeta o sera psicologico ...

Por el cambio de presión atmosférica.
Hay algunos que sois auténticos barómetros andantes.

[ignius]

Re: "física pura"

Yo antes sabia si mañana iba a llover. Ahora te aviso día y medio antes y en el momento que ya está lloviendo te doy una previsión de 3 días que me rio de todas las webs.

Porque antes sólo tenía el sensor lumbar....ahora tengo más... rodillas, cervicales, etc.

Lo malo es que la entalpia absoluta entre la humedad relativa y el bulbo seco, duele un poco. Cosas de la Física Pura.


Rondas.

[Itaca2]

Re: "física pura"

Hola,

Vamos a ver, el aire (seco o húmedo) se comporta, a efectos de meteorología, como un gas ideal. Eso quiere decir que la relación entre el volumen que ocupa y la temperatura y presión a la que se encuentra es:

V = n R T/P

donde R es la constante universal de los gases (así que es un número fijo) y n es el número de moles de aire que tenemos. ¿Qué es eso de los moles? Pues una manera de medir la cantidad de gas. Pero claro, es mucho más intuitivo hablar de los kilos de gas que uno tiene, no de ese invento de los moles... Razones históricas que aun perviven. La discusión de si es más denso el aire seco o el húmedo se resuelve entonces tomando la misma masa de aire seco y de aire húmedo, poniéndolas a la misma temperatura y a la misma presión y viendo qué volumen ocupa cada uno de acuerdo con la ecuación anterior. El aire que ocupe menos volumen será más denso pues hemos partido de masas iguales, ¿de acuerdo? Y de acuerdo con la ecuación de arriba ocupará más volumen (y por tanto será menos denso) el aire que, para una masa M kilos dada, tenga un número de moles n mayor. Así que sólo hemos de aprender a calcular el número de moles que corresponden a una determinada masa M de aire.

1 mol de una sustancia es, por definición, la cantidad de esa sustancia que contiene el mismo número de partículas (átomos o moléculas según corresponda) que 12 gramos de carbono puro. Ese número es muy grande, simplemente porque cada átomo de carbono tiene una masa muuuuuy pequñita así que en 12 gramos hay un verdadero mogollón de átomos de carbono, en concreto 6,023 x 10^23. Este número se llama constante de Avogadro y no tiene ningún misterio, no es más que eso, el número de átomos de carbono que hay que juntar para tener 12 gramos de carbono. Lo llamaremos NA para no tener que escribirlo continuamente.

Pero nosotros lo que queremos saber es cuántos moles de una sustancia tenemos cuando sabemos los gramos de esa sustancia que tenemos. Dicho de otro modo, necesitamos saber cuántos gramos corresponden NA partículas de esa sustancia. Necesitamos entonces disponer de una tabla en la que aparezca la masa de un átomo de los distintos elementos químicos. Esa tabla no es otra que la Tabla Periódica de los elementos que asigna un número a cada elemento químico para especificar la masa de sus átomos. Ese número es la masa atómica del elemento. Pero por razones históricas la unidad de masa atómica no es el kilo, como uno esperaría (ay, ay estos químicos....), sino la doceava parte de la masa de un átomo de carbono. Así pues, por definición, la masa atómica del carbono es 12. Definida así la masa atómica, y dada la definición de un mol de una sustancia, concluimos que la cantidad de sustancia contenida en 1 mol es precisamente la masa atómica de la sustancia expresada en gramos. Si disponemos de una masa M de una sustancia de masa atómica (o molecular en su caso) MA, el número de moles, n, es simplemente n=M/MA con M expresada en gramos. En otras palabras, contar la cantidad de gas en moles en lugar de en kilos es como contar los huevos en docenas en lugar de en kilos. Pero unas granjas producen huevos más grandes que otras, de modo que una docena de huevos corresponde a una masa mayor o menor dependiendo de la granja de la que provengan.

Aclarado el asunto de los moles (o al menos eso espero), ahora viene el asunto del aire. El aire es una mezcla de gases, no hay un átomo de aire o una molécula de aire. Así que el problema es cómo calcular el número de moles que corresponden a una determinada masa de M kilos de aire. O sea, el problema es saber cuál es la "masa atómica (molecular más bien) del aire".

Vamos a empezar por el aire seco cuya composición es fija y conocida: 75,51% de N2, 23,14% de O2, 1,3% de Ar y 0,05% de CO2 (los otros gases presentes lo están en proporciones despreciables). Definimos entonces la masa molecular del aire seco, MAs, (esto es tanto como definir la partícula de aire seco) como la masa total de aire seco disponible, M, dividida por el número total de moles de los gases componentes contenidos en esa masa de aire seco de acuerdo con las concentraciones que acabamos de ver. Tomemos por ejemplo 100 gramos de aire seco. De acuerdo con esos porcentajes, de esos 100 gramos 75,51 gr corresponden a N2, 23,14 gr son de O2, 1,3 gr los aportan el Ar y, finalmente, 0,05 gr son de CO2. Si consultamos una Tabla Periódica de los elementos encontramos que las masas moleculares de estos componentes son MAN2=28,02, MAO2=32, MAAr=39,94, MCO2=44,01. Así pues, en los 100 gr de aire seco hay n_N2 = 75,51/28,02 = 2,695 moles de N2, n_O2 = 23,14/32 = 0,723 moles de O2, n_Ar = 1,3/39,94 = 0,033 moles de argón y n_CO2 = 0,05/44,01 = 0,001 moles de dióxido de carbono. La masa molecular del aire seco es entonces:

MAs = 100 / (2,695+0,723+0,033+0,001) = 28,97

Así que un mol de aire seco son 28,97 gramos de aire seco. Así que en los M kilos de aire seco hay M x 1000 /28,97 moles de aire seco.

¿Y si el aire es húmedo? Pues repetimos la cuenta, pero teniendo en cuenta ahora que hay un componente más, el vapor de agua. Pero el vapor de agua tiene una masa molecular de 18 que resulta ser menor que la de cualquier otro componente del aire. Así que cuando añadimos vapor de agua al aire seco para obtener aire húmedo disminuyendo la cantidad de aire seco de manera que sigamos teniendo los mismos M kilos de aire, resulta que estamos sustituyendo elementos de mayor masa molecular por vapor de agua de menor, es decir el número de moles de vapor de agua será mayor que el de los elementos sustituidos, así al hacer la división de arriba tomando 100 gr de aire humedo obtendremos siempre, sea cual sea la proporcion de vapor de agua, una masa molecuar del aire húmedo, MAh, menor que la del aire seco (dividimos por un número mayor que el de arriba correspondiente al aire seco).

Así que dadas dos masas iguales de aire, uno seco y el otro húmedo, hay más moles en el aire húmedo (los huevos son más pequeños así que en los mismos kilos hay mas docenas). Y si hay más moles en el aire húmedo resulta que, de acuerdo con la primera ecuación de arriba del todo, ese aire húmedo ocupa mayor volumen que la misma masa de aire seco a la misma presión y a la misma temperatura. Luego el aire húmedo es menos denso que el aire seco. Y como la temperatura y la presión en el cuarto de baño de Butxeta es la misma para ambos, pues el aire húmedo se va hacia arriba y empaña la parte superior de su espejo. ¿Por qué a veces se empaña todo? Pues porque hay suficiente humedad como para que todo el aire, a cualquier altura, contenga la suficiente cantidad de vapor de agua como para que, a la temperatura del espejo, incluso el aire menos húmedo contiene tanto vapor de agua que su presión parcial (la del vapor de agua) ha alcanzado la saturación a esa temperatura y presión total.

Un comentario final sobre el error, repetido hasta la saciedad incluso en algunas intervenciones en este mismo hilo, de que "el aire se satura cuando ya no puede absorber más vapor de agua" o eso de que "el aire caliente tiene más capacidad para absorber vapor de agua que el aire frío". Esas afirmaciones, que lamentablemente se leen en bastantes libros (malos) de Meteorología (a pesar del buen predicamento que alguno de ellos tienen incluso en este foro), son absolutamente incorrectas, aunque las conclusiones que se extraen de ellas cuadran con lo que se observa (lo cual hace más difícil aun erradicarlas). Señor@s, el aire no ha absorbido nunca (ni lo hará) vapor de agua alguno, igual que no absorbe nitrógeno, oxígeno, etc. El vapor de agua es uno más de los gases que forman la mezcla que llamamos aire. Lo que se satura es el vapor de agua, no el aire. Y el vapor se satura de acuerdo con SUS propiedades (es decir, de acuerdo con el diagrama de fases del agua), independientemente del resto de componentes. Si no tenemos nubes de, por ejemplo, nitrógeno NO es porque el aire tenga entonces una capacidad infinita para absorber nitrógeno de manera que el aire nunca se satura de nitrógeno. No tenemos nubes de nitrógeno porque en nuestra atmósfera, a las presiones y temperaturas que tenemos, resulta que el nitrógeno es siempre gaseoso. Para licuar nitrógeno a presión atmosférica hay que enfriarlo a unos -190ºC (si no recuerdo mal), una temperatura que, simplemente, no existe en nuestra atmósfera.

Saludos y que Uds disfruten el ladrillo con salud, les hará falta para llegar hasta el final.
Tropelio

Muy buena la exposición. Solo un "pero". La ecuación que usas es para los gases perfectos. Y el aire seco puede aproximarse bien por un gas perfecto aunque no así el vapor de agua, sobre todo si está por debajo de su temperatura crítica, como es el caso. Dicho de otro modo, nada más lejos de un gas perfecto que un gas a punto de condensarse.

Un saludo y

[pipe]

Re: "física pura"



no empecemos con los gaseeeeess que yo sin caseraaaaaa.....................

[Itaca2]

Re: "física pura"

Y la duda es si el aire (o el gas del globo) llegará a una altura en la que dejará de ascender y se quedará flotando, y que procesos le ocurren a este aire al ir ascendiendo. Porque suponiendo que el aire (paquete de aire) no tiene intercambios con su entorno, no cambiaría su temperatura.

Un globo de gas que, a nivel del mar es más ligero que el aire, efectivamente asciende. Y aquí aparecen varios fenómenos y de formas diferentes.
Primero debemos tener en cuenta que el propio globo efectúa una cierta presión sobre el gas interior, que estará a más presión que la atmosférica y que, a medida que el globo asciende, el volumen del globo varía para adaptarse a la disminución de presión exterior.
Segundo, el gas interior, como consecuencia de ello sufre una expansión (aumento de volumen). Esta expansión puede ser muy rápida (adiabática) con lo cual no hay intercambio de calor con el exterior o muy lenta (isotérmica) de modo que en todo momento la temperatura del gas será la misma que la del entorno. En el caso adiabático la expansión del gas producirá además un enfriamiento de éste que aumentará su densidad, frenando el ascenso. Esto son casos extremos y la realidad no será ni uno ni otro, será uno intermedio. De hecho la ascensión del globo se inicia rápidamente (por la diferencia de densidades a nivel del mar) y se va frenando hasta volverse lenta e isotérmica debido a la menor diferencia de densidades (menos empuje) y al enfriamiento del gas del interior.
Ascendiendo, se llegará a una altura en la que se cumplirá el principio de Arquímedes con el globo y el aire: el peso del gas del globo más el propio globo serán iguales al volumen de aire desalojado. Entonces se parará el globo y dejará de ascender.
Existe también la posibilidad de que, al expandirse el globo lo haga más allá de los límites elásticos del globo y explote , con lo cual se acabó el experimento

Mi tocho no ha llegado al nivel del de Tropelio pero ... todo se andará

[Invitado_tr]

Re: "física pura"

Muy buena la exposición. Solo un "pero". La ecuación que usas es para los gases perfectos. Y el aire seco puede aproximarse bien por un gas perfecto aunque no así el vapor de agua, sobre todo si está por debajo de su temperatura crítica, como es el caso. Dicho de otro modo, nada más lejos de un gas perfecto que un gas a punto de condensarse.

Un saludo y

Hola Itaca2,

Lo que tú planteas no es un "pero", es una cuestión extraordinariamente interesante. Sin embargo, la discusión de ese asunto nos llevaría no un ladrillo sino todo un tratado de física estadística y termodinámica que, obviamente, no viene al caso aquí. Sólo a modo de resumen, como tú muy bien dices, el vapor de agua no es un gas ideal cerca de su condensación pues un gas ideal nunca se puede condensar al no existir atracción entre sus partículas. Por eso puse explícitamente en mi ladrillo que el vapor de agua se satura (es decir, se condensa cuando su presión de vapor alcanza la presión de coexistencia líquido-vapor a la temperatura a la que nos encontramos) de acuerdo con SUS propiedades, o sea, de acuerdo con el diagrama de fases del agua, de la sustancia real y no del modelo de gas ideal. Sin embargo, el modelo de gas ideal SI es suficientemente preciso para predecir aceptablemente bien a los fines que se discuten en este hilo (y en la meteorología en general) el comportamiento de la presión en función de la densidad y la temperatura del aire húmedo. Es decir, para decidir si el paquete de aire húmedo se expande, contrae, etc etc es una aproximación suficientemente precisa. Cuando se trata luego de hablar del calor latente que se libera al condensarse el vapor, etc entonces tenemos que ir más allá recurriendo a las propiedades no ideales del vapor de agua, o sea, al diagrama de fases real del agua... En fin, creo que para un foro es suficiente con dejarlo aquí, ir más alla supondría, como digo, todo un tratado interminable.

Saludos,
Tropelio

[Invitado_tr]

Re: "física pura"

Un globo de gas que, a nivel del mar es más ligero que el aire, efectivamente asciende. Y aquí aparecen varios fenómenos y de formas diferentes.
Primero debemos tener en cuenta que el propio globo efectúa una cierta presión sobre el gas interior, que estará a más presión que la atmosférica y que, a medida que el globo asciende, el volumen del globo varía para adaptarse a la disminución de presión exterior.
Segundo, el gas interior, como consecuencia de ello sufre una expansión (aumento de volumen). Esta expansión puede ser muy rápida (adiabática) con lo cual no hay intercambio de calor con el exterior o muy lenta (isotérmica) de modo que en todo momento la temperatura del gas será la misma que la del entorno. En el caso adiabático la expansión del gas producirá además un enfriamiento de éste que aumentará su densidad, frenando el ascenso. Esto son casos extremos y la realidad no será ni uno ni otro, será uno intermedio. De hecho la ascensión del globo se inicia rápidamente (por la diferencia de densidades a nivel del mar) y se va frenando hasta volverse lenta e isotérmica debido a la menor diferencia de densidades (menos empuje) y al enfriamiento del gas del interior.
Ascendiendo, se llegará a una altura en la que se cumplirá el principio de Arquímedes con el globo y el aire: el peso del gas del globo más el propio globo serán iguales al volumen de aire desalojado. Entonces se parará el globo y dejará de ascender.
Existe también la posibilidad de que, al expandirse el globo lo haga más allá de los límites elásticos del globo y explote , con lo cual se acabó el experimento

Mi tocho no ha llegado al nivel del de Tropelio pero ... todo se andará

Ahora me toca a mi ponerte un pequeño "pero" a tu explicación, por otra parte correcta. La expansión adiabática del globo no puede nunca producir un aumento de la densidad en su interior: el globo contiene siempre la misma cantidad de aire y si se expande su volumen aumenta, de manera que su desnidad disminuye, nunca aumenta. Lo que ocurre es que puesto que la temperatura dentro del globo NO es igual a la temperatura del aire fuera del globo en el que éste flota, resulta que la densidad del aire fuera disminuye más rápidamente de lo que disminuye la densidad del aire dentro del globo (ambos están a la misma presión, la presión atmosférica del nivel al que se encuentra el globo, con una pequeñísima corrección debida a la curvatura del globo, pero ese es otro asunto). Así que, efectivamente y como tu dices, el globo va perdiendo empuje a medida que asciende porque la diferncia de densidad entre fuera y dentro es cada vez menor, aunque ambas densidades disminuyen.

Saludos,
Tropelio

[Itaca2]

Re: "física pura"

Ahora me toca a mi ponerte un pequeño "pero" a tu explicación, por otra parte correcta. La expansión adiabática del globo no puede nunca producir un aumento de la densidad en su interior: el globo contiene siempre la misma cantidad de aire y si se expande su volumen aumenta, de manera que su desnidad disminuye, nunca aumenta. Lo que ocurre es que puesto que la temperatura dentro del globo NO es igual a la temperatura del aire fuera del globo en el que éste flota, resulta que la densidad del aire fuera disminuye más rápidamente de lo que disminuye la densidad del aire dentro del globo (ambos están a la misma presión, la presión atmosférica del nivel al que se encuentra el globo, con una pequeñísima corrección debida a la curvatura del globo, pero ese es otro asunto). Así que, efectivamente y como tu dices, el globo va perdiendo empuje a medida que asciende porque la diferncia de densidad entre fuera y dentro es cada vez menor, aunque ambas densidades disminuyen.

Saludos,
Tropelio

Efectivamente, me expresaba mal. Quería decir que al enfriarse el volumen del globo aumenta menos, la densidad del gas es mayor que si la expansión fuese isotermica y sube menos.
Por lo que veo debemos ser del mismo oficio.

Saludos

[Butxeta]

Re: "física pura"

Bien, vamos sacando a los interesados en la física y la meteo de los agujeros donde se esconden

Para complicar el proceso, utilizaremos el globo como símil para lo que en meteo llamáis un paquete de aire. Pero dejémonos de aire seco. ¿Que pasa cuando el aire es húmedo?

Según se ha ido explicando, el gas que hay dentro del globo (que ahora supondremos aire más ligero que el que le rodea y por lo tanto el globo sube) tendrá un cierto intercambio de calor con su entorno, se irá enfriando a medida que sube y por tanto irá condensando parte del vapor que contiene. Por otro lado, al disminuir la presión también se reduce la "tendencia a condensar"... y quien gana de los dos factores es una discusión que dejo abierta. Porque todos sabemos que en algunos recipientes a presión hay líquidos que nosotros utilizamos normalmente como gases GLP por ejemplo. Es decir que para condensar algo hay dos caminos: enfriarlo o aumentarle la presión. Así que si bajamos la presión y enfriamos Que lo explique otro

Lo cierto es que el vapor condensará (no pretendo que creais nada, basta ver las nubes en el cielo) y al condensar cede calor Si para evaporar agua en la cocina hay que añadir calor => para condensar cedemos calor. Si cede calor este lo absorbe alguien ¿El aire se calienta?

Puff que lio.



Me faltan en este hilo algunos que saben, pero ya hemos conseguido sacar a pasear a algunos.

[wiper]

Re: "física pura"

Pregunta. ¿El infierno es endotérmico o exotérmico?

[Itaca2]

Re: "física pura"

Pregunta. ¿El infierno es endotérmico o exotérmico?

Exotérmico http://perso.wanadoo.es/estudioateo/humor/cielo.htm

[Itaca2]

Re: "física pura"

Bien, vamos sacando a los interesados en la física y la meteo de los agujeros donde se esconden

Para complicar el proceso, utilizaremos el globo como símil para lo que en meteo llamáis un paquete de aire. Pero dejémonos de aire seco. ¿Que pasa cuando el aire es húmedo?

Según se ha ido explicando, el gas que hay dentro del globo (que ahora supondremos aire más ligero que el que le rodea y por lo tanto el globo sube) tendrá un cierto intercambio de calor con su entorno, se irá enfriando a medida que sube y por tanto irá condensando parte del vapor que contiene. Por otro lado, al disminuir la presión también se reduce la "tendencia a condensar"... y quien gana de los dos factores es una discusión que dejo abierta. Porque todos sabemos que en algunos recipientes a presión hay líquidos que nosotros utilizamos normalmente como gases GLP por ejemplo. Es decir que para condensar algo hay dos caminos: enfriarlo o aumentarle la presión. Así que si bajamos la presión y enfriamos Que lo explique otro

Lo cierto es que el vapor condensará (no pretendo que creais nada, basta ver las nubes en el cielo) y al condensar cede calor Si para evaporar agua en la cocina hay que añadir calor => para condensar cedemos calor. Si cede calor este lo absorbe alguien ¿El aire se calienta?

Puff que lio.



Me faltan en este hilo algunos que saben, pero ya hemos conseguido sacar a pasear a algunos.

je je, ¿ provocando al personal ?

... Es decir que para condensar algo hay dos caminos: enfriarlo o aumentarle la presión. Así que si bajamos la presión y enfriamos Que lo explique otro ...

Para condensar hay que comprimir, enfriar o una combinación de ambas ... siempre que no se supere el punto crítico en cuyo caso no habrá condensación. Y muy probablemente el vapor de agua al enfriarse pasará directamente a sólido (microcristales de agua).

El cuándo se condense y a qué altura dependerá de factores atmosféricos. Si sólo dependiese del agua sería siempre a la misma altura y en las mismas circunstancias. Dependerá pues de la humedad contenida, temperatura y presiones involucradas

[Itaca2]

Re: "física pura"

Y lanzo una pregunta de perogrullo:

¿Podría hacer avanzar a un velero con un gran ventilador en popa soplando hacia las velas?
¿Por qué?

[jiauka]

Respuesta: Re: "física pura"

Y lanzo una pregunta de perogrullo:

¿Podría hacer avanzar a un velero con un gran ventilador en popa soplando hacia las velas?
¿Por qué?

claro que avanza,......hacia atrás

[alcapar]

Re: "física pura"

Bien, vamos sacando a los interesados en la física y la meteo de los agujeros donde se esconden

Para complicar el proceso, utilizaremos el globo como símil para lo que en meteo llamáis un paquete de aire. Pero dejémonos de aire seco. ¿Que pasa cuando el aire es húmedo?

Según se ha ido explicando, el gas que hay dentro del globo (que ahora supondremos aire más ligero que el que le rodea y por lo tanto el globo sube) tendrá un cierto intercambio de calor con su entorno, se irá enfriando a medida que sube y por tanto irá condensando parte del vapor que contiene. Por otro lado, al disminuir la presión también se reduce la "tendencia a condensar"... y quien gana de los dos factores es una discusión que dejo abierta. Porque todos sabemos que en algunos recipientes a presión hay líquidos que nosotros utilizamos normalmente como gases GLP por ejemplo. Es decir que para condensar algo hay dos caminos: enfriarlo o aumentarle la presión. Así que si bajamos la presión y enfriamos Que lo explique otro

Lo cierto es que el vapor condensará (no pretendo que creais nada, basta ver las nubes en el cielo) y al condensar cede calor Si para evaporar agua en la cocina hay que añadir calor => para condensar cedemos calor. Si cede calor este lo absorbe alguien ¿El aire se calienta?

Puff que lio.



Me faltan en este hilo algunos que saben, pero ya hemos conseguido sacar a pasear a algunos.

Ese proceso creo que se considerará adiabático, esto es practicamente no hay intercambio de calor y por tanto la disminución de la temperatura se producirá debido a la presión, en la misma proporción que disminuya la presión lo hará la temperatura, siempre que no se produzca cambio en el volumenn del recipiente.

En realidad tod esto se produce de forma simultánea hasta llegar a un equilibrio en el cual el empuje que experimenta el globo coincida con su peso. En esta situación pueden coexistir los dos estado que comentas, una fase vapor y una fase líquida. El calor latente en caso de condensación incrementará la temperatura del sistema, pero no pienses en las 540cal/g a presión atmoférica a nivel del mar, a baja presión disminuye drasticamente el calor latente de vaporización.