AQUECIMENTO LATENTE PREVISTO
Um entendimento completo do calor latente irá acrescentar muito às suas capacidades de análise e previsão. O calor latente não é nada mágico, mas pode ser muito confuso de se entender. As moléculas de água podem mover-se de três maneiras. Elas podem mover-se por vibração, rotação e tradução. O gelo não é muito livre para se mover. O gelo pode vibrar mas o gelo permanece rígido. A água líquida move-se livremente mas como as moléculas ainda estão muito próximas umas das outras elas não se movem tão livremente como o ar.
A água sólida (gelo) é o estado mais ordenado de H20 enquanto o gás é o menos ordenado. Para que o gelo passe de um estado de gelo para um estado líquido, é necessário adicionar energia para que o gelo passe de um estado superior para um estado inferior. Quando o gelo derrete ou a água evapora, a energia deve ser retirada do ambiente para que o gelo ou líquido passe para um estado menos ordenado. A energia é necessária para enfraquecer as ligações individuais de hidrogênio entre as moléculas de H20. Quando a água (em qualquer uma das três frases) se move de um estado ordenado mais alto para um mais baixo, o ar ao redor do H20 terá o calor subtraído dele. Os três processos que subtraem o calor do ar circundante são evaporação, fusão e sublimação (sólido a gás). Quando a água (em qualquer uma das três frases) se move de um estado de ordem inferior para um estado de ordem superior, o ar ao redor do H20 terá energia adicionada a ele. Isto é chamado de liberação de calor latente (por exemplo, quando o calor é subtraído da água líquida, as moléculas individuais de água irão desacelerar. Elas eventualmente diminuem até o ponto em que as ligações de hidrogênio não permitem mais que o líquido gire. O gelo agora se desenvolve. A energia que as moléculas de água uma vez tiveram que girar foi cedida ao ar ao redor). Os três processos que adicionam calor ao ar circundante são a condensação, o congelamento e a deposição (do gás ao sólido).
IMPORTANTE: os processos de evaporação e condensação levam 7,5 vezes mais energia do que o derretimento ou o congelamento. É por isso que o resfriamento evaporativo resfriará o ar muito mais do que o derretimento da neve. Por exemplo, digamos que a neve está caindo e a temperatura externa é de 40 graus Fahrenheit. À medida que a neve cai no ar mais quente, começará a derreter e parte dela estará evaporando. A evaporação da neve molhada esfriará o ar 7,5 vezes mais do que o derretimento da neve. Se a temperatura cai de 40 a 32 graus à medida que a neve cai, cerca de 7 desses 8 graus de resfriamento são causados pelo processo de evaporação. O derretimento também arrefece o ar, mas não tanto como a evaporação. Quando a água sofre uma mudança de fase (uma mudança de sólido, líquido ou gás para outra fase), a temperatura do H20 permanece à mesma temperatura. Porquê? A energia está sendo usada para enfraquecer as ligações de hidrogênio entre as moléculas de H20 ou a energia está sendo retirada do H20, o que aperta as ligações de hidrogênio. Quando o gelo derrete, a energia está a ser retirada do ambiente e absorvida pelo gelo para soltar as ligações de hidrogénio. A energia retirada para soltar as ligações de hidrogênio causa o resfriamento do ar ao redor (a energia é retirada do ambiente: isto é absorção de calor latente). A temperatura do gelo fundente no entanto permanece a mesma até que todo o gelo seja derretido. Todas as ligações de hidrogênio devem ser rompidas do estado sólido antes que a energia possa ser utilizada para aumentar a temperatura do H20.
A energia flui sempre de um objecto mais quente para um objecto mais frio. Um cubo de gelo a 32 graus F absorve a energia do ar que tem uma temperatura mais quente do que a de congelamento. A energia flui da sala em direção ao cubo de gelo. Atire cubos de gelo suficientes na sua cozinha e poderá notar a temperatura do ar a arrefecer ligeiramente. A energia é retirada da sua sala mais quente e movida para os cubos de gelo para os derreter; uma subtracção da energia provoca o arrefecimento. O mesmo se aplica quando se compara o congelamento com a condensação. O processo de condensação irá aquecer o ar circundante 7,5 vezes mais do que quando o processo de congelamento ocorre. Quando uma trovoada se desenvolve, a liberação de calor latente por condensação é 7,5 vezes maior do que a liberação de calor latente por congelamento. Agora vamos fazer alguma aplicação deste processo de calor latente em relação à previsão.
1. O resfriamento evaporativo pela chuva (na ausência de downdrafts) fará com que a temperatura diminua, mas o ponto de orvalho aumente. O ponto de orvalho sempre (na faixa de temperaturas normalmente observadas) aumentará mais do que a temperatura cai (por exemplo, suponha que a temperatura seja 70 F com um ponto de orvalho de 50 F, depois de uma chuva persistente a temperatura esfriará para cerca de 63 e o ponto de orvalho subirá para cerca de 63).
2. As temperaturas têm uma dificuldade de aquecimento significativo nos dias em que há cobertura de neve superficial. O derretimento e evaporação da neve arrefece continuamente o ar.
3. A condensação liberta calor latente. Isto faz com que a temperatura de uma nuvem seja mais quente do que teria sido se não tivesse libertado calor latente. Sempre que uma nuvem estiver mais quente do que o ar ambiente circundante, ela continuará a subir e a se desenvolver. Quanto mais umidade uma nuvem contém, mais potencial ela tem para liberar calor latente.
4. A quantidade de resfriamento experimentada durante o derretimento ou evaporação é uma função da depressão do ponto de orvalho. Se o ar estiver saturado, a evaporação será minimizada. O resfriamento evaporacional não pode ocorrer uma vez que o orvalho se forma no solo, mas pode começar a ocorrer quando o sol começar a aquecer a superfície (a depressão do ponto de orvalho torna-se maior que 0).
5. Os climas secos tendem a ter uma amplitude térmica diurna maior do que os climas úmidos. A principal razão é por causa do calor latente. Em um clima seco, o resfriamento evaporativo é mínimo e há pouco vapor de água para reter a radiação de ondas longas durante a noite. Portanto, num clima seco, os altos serão mais altos e os baixos mais baixos, em comparação com um clima húmido à mesma altitude e latitude (tudo o resto sendo igual).