¿Por qué el aire caliente puede contener más vapor que el frío?

aire frio

Por Andrés Pinar Solé, alumno en prácticas en el Área de Información meteorológica y climatológica.

Agencia Estatal de Meteorología (Aemet)

 

Éste es un concepto básico para comprender todo el proceso de formación de nubes, condensación y precipitación, sin embargo nunca se explican con claridad las causas del fenómeno.

Hablar de aire es hablar de gases, y los gases están compuestos de átomos separados que se mueven, chocan y vibran con movimiento aleatorio. Se podría definir el concepto ‘’temperatura del gas’’ como la energía conjunta de todos los átomos que vibran y se desplazan a distintas velocidades. Un incremento de temperatura supone mayor velocidad media de desplazamiento de las partículas y mayor vibración interna. En un líquido, por el contrario, las moléculas no están libres sino que se encuentran en contacto unidas por los débiles enlaces de polaridad van der Waals, manteniendo diversos grados de agitación.

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Fuerzas Van der Waals entre las moléculas polares del agua

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Estados de agregación

La magnitud física que estudia la relación entre la energía del fluido y su temperatura es el calor específico, entendiendo como calor la energía propia del sistema a grosso modo. El calor específico se define como la cantidad de energía necesaria que hay que suministrar a una unidad de masa para que aumente en un grado su temperatura. El vapor de agua tiene un calor específico característico, así como el agua líquida, y son diferentes. Ahora bien, ¿Qué ocurre cuando se suministra calor al agua líquida?

 

Al suministrar calor se produce un incremento de la energía cinética de las moléculas que la componen, aumentando su vibración. Cuando la vibración es tan grande que rompe los enlaces de Van der Waals, las moléculas pueden escapar de él y transformarse en vapor.

En contra de la creencia popular de que el vapor solo se crea cuando el agua supera el punto de ebullición, las moléculas pueden abandonar el seno del líquido si vibran con suficiente intensidad a cualquier temperatura. Esto se debe a que la vibración y la velocidad de las partículas no es única, sino que es una distribución de probabilidad: a mayor temperatura la mayoría de las partículas se moverán y vibrarán más rápido; sin embargo no es imposible localizar alguna partícula lenta. Es por esto que secamos la ropa al sol, porque al aumentar su temperatura aumenta la vibración y las probabilidades de que existan moléculas suficientemente energéticas como para abandonar el líquido.

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Moléculas de agua abandonando el estado líquido

Lo que ocurre cuando el agua entra en el punto de ebullición es que toda la energía aportada se convierte en energía cinética de las partículas que abandonan el líquido y éste se mantiene a 100 grados centígrados, sin aumentar su energía interna.

Volviendo a la cuestión inicial, ahora podemos comprender que el aire caliente puede contener más vapor disuelto en él debido a que su temperatura es mayor: sus moléculas se mueven con mayor energía y son menos susceptibles de congregarse y enlazarse debido a este mayor movimiento. En el aire frío, las moléculas de vapor se mueven lentas, y cuando colisionan no les resulta difícil restaurar su enlace eléctrico de Van der Waals y condensarse por su baja excitación.

Este proceso de vaporización y condensación es dinámico, por ejemplo, si suponemos un lago en un entorno de aire saturado de vapor, se producirá un equilibrio entre el agua que se evapora del lago y el vapor que se condensa en el aire.

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Equilibrio

En la imágen siguiente se puede obaervar éste fenómeno en un lago de montaña:

 

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El vapor se condensa en la superficie debido a la baja temperatura del ambiente

 

Bibliografía:

Imágenes:

 

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