COMPRENDIENDO EL CALOR LATENTE
Una comprensión completa del calor latente añadirá mucho a sus habilidades de análisis y previsión. El calor latente no es nada mágico pero puede ser muy confuso de entender. Las moléculas de agua pueden moverse de tres maneras. Pueden moverse por vibración, rotación y traslación. El hielo no tiene mucha libertad de movimiento. El hielo puede vibrar pero permanece rígido. El agua líquida se mueve libremente pero como las moléculas están todavía muy juntas no se mueven tan libremente como el aire.
El agua sólida (hielo) es el estado más ordenado del H20 mientras que el gas es el menos ordenado. Para que el hielo pase del estado de hielo al de líquido, hay que añadir energía para que el hielo pase de un estado superior a un estado inferior ordenado. Cuando el hielo se derrite o el agua se evapora, hay que tomar energía del entorno para que el hielo o el líquido pasen a un estado menos ordenado. La energía es necesaria para debilitar los enlaces de hidrógeno individuales entre las moléculas de H20. Cuando el agua (en cualquiera de las tres frases) pasa de un estado más ordenado a otro menos ordenado, al aire que rodea al H20 se le resta calor. Los tres procesos que restan calor al aire circundante son la evaporación, la fusión y la sublimación (de sólido a gas). Cuando el agua (en cualquiera de las tres frases) pasa de un estado ordenado inferior a uno superior, al aire que rodea al H20 se le añade energía. Esto se denomina liberación de calor latente (por ejemplo, cuando se resta calor al agua líquida, las moléculas individuales de agua se ralentizarán. Finalmente, se ralentizan hasta el punto en que los enlaces de hidrógeno no permiten que el líquido siga girando. Ahora se forma el hielo. La energía que antes tenían las moléculas de agua para girar se ha cedido al aire circundante). Los tres procesos que añaden calor al aire circundante son la condensación, la congelación y la deposición (de gas a sólido).
IMPORTANTE: los procesos de evaporación y condensación requieren 7,5 veces más energía que la fusión o la congelación. Por eso el enfriamiento por evaporación enfriará el aire mucho más que la fusión de la nieve. Por ejemplo, digamos que está cayendo nieve y la temperatura exterior es de 40 grados Fahrenheit. A medida que la nieve cae en el aire más cálido, comenzará a derretirse y parte de ella se evaporará. La evaporación de la nieve húmeda enfriará el aire 7,5 veces más que el derretimiento de la nieve. Si la temperatura baja de 40 a 32 grados mientras cae la nieve, unos 7 de esos 8 grados de enfriamiento se deben al proceso de evaporación. El deshielo también enfría el aire, pero no tanto como la evaporación. Cuando el agua sufre un cambio de fase (un cambio de sólido, líquido o gas a otra fase) la temperatura del H20 se mantiene a la misma temperatura. ¿Por qué? La energía se utiliza para debilitar los enlaces de hidrógeno entre las moléculas de H20 o se quita energía del H20, lo que refuerza los enlaces de hidrógeno. Cuando el hielo se funde, se toma energía del entorno y se absorbe en el hielo para aflojar los enlaces de hidrógeno. La energía tomada para aflojar los enlaces de hidrógeno hace que el aire circundante se enfríe (la energía se toma del medio ambiente: esto es la absorción de calor latente). Sin embargo, la temperatura del hielo que se está derritiendo sigue siendo la misma hasta que se derrita todo el hielo. Todos los enlaces de hidrógeno deben romperse desde el estado sólido antes de que la energía pueda utilizarse para aumentar la temperatura del H20.
La energía siempre fluye desde un objeto más caliente hacia un objeto más frío. Un cubo de hielo a 32 grados F absorbe energía del aire que tiene una temperatura más cálida que la de congelación. La energía fluye desde la habitación hacia el cubo de hielo. Arroje suficientes cubos de hielo en su cocina y podrá notar que la temperatura del aire se enfría ligeramente. La energía se toma de la habitación más caliente y se traslada a los cubitos de hielo para derretirlos; una sustracción de energía provoca el enfriamiento. Lo mismo ocurre al comparar la congelación con la condensación. El proceso de condensación calentará el aire circundante 7,5 veces más que cuando se produce el proceso de congelación. Cuando se desarrolla una tormenta, la liberación de calor latente por condensación es 7,5 veces mayor que la liberación de calor latente por congelación. Ahora vamos a hacer alguna aplicación de este proceso de calor latente con respecto a la previsión.
1. El enfriamiento por evaporación de la lluvia (en ausencia de corrientes descendentes) hará que la temperatura disminuya pero que el punto de rocío aumente. El punto de rocío siempre (en el rango de temperaturas normalmente observadas) aumentará más que el descenso de la temperatura (por ejemplo, supongamos que la temperatura es de 70 F con un punto de rocío de 50 F, después de una lluvia persistente la temperatura se enfriará a unos 63 y el punto de rocío aumentará a unos 63).
2. Las temperaturas tienen una dificultad para calentarse significativamente en los días en que hay una cubierta de nieve superficial. El deshielo y la evaporación de la nieve enfrían continuamente el aire.
3. La condensación libera calor latente. Esto hace que la temperatura de una nube sea más cálida de lo que hubiera sido si no liberara calor latente. Siempre que una nube esté más caliente que el aire ambiental circundante, seguirá subiendo y desarrollándose. Cuanto más humedad contenga una nube, más potencial tendrá para liberar calor latente.
4. La cantidad de enfriamiento experimentada durante el deshielo o la evaporación es una función de la depresión del punto de rocío. Si el aire está saturado, la evaporación será mínima. El enfriamiento por evaporación no puede tener lugar una vez que se forma el rocío en el suelo, pero puede comenzar a tener lugar cuando el sol comienza a calentar la superficie (la depresión del punto de rocío se vuelve mayor que 0).
5. Los climas secos tienden a tener un mayor rango diurno de temperatura que los climas húmedos. La razón principal es el calor latente. En un clima seco, el enfriamiento por evaporación es mínimo y hay poco vapor de agua para atrapar la radiación de onda larga por la noche. Por lo tanto, en un clima seco las máximas serán más altas y las mínimas más bajas en comparación con un clima húmedo a la misma altitud y latitud (en igualdad de condiciones).