Temperatura

1. Meteorología para aviadores navales Curso 2006 Prof.: Dr. Gustavo V. Necco Escuela de Aviación Naval ESANA Temperatura

2. La temperatura La temperatura no es una forma de energía, sino una medida de la cantidad de energía que posee un cuerpo como calor. En otras palabras, si damos calor a un cuerpo, su temperatura aumenta. La temperatura es un indicador de la energía cinética de las moléculas. Cuando un objeto se siente caliente, los átomos en su interior se están moviendo rápidamente en direcciones aleatorias y cuando se siente frío, los átomos se están moviendo lentamente. 

3. Escalas termométricas • Fahrenheit • Centígrada o Celsius (SI) • Kelvin o absoluta Fue en 1724 que Gabriel Fahrenheit usó mercurio como líquido termométrico. Sobre esta escala, Fahrenheit midió el punto de ebullición del agua obteniendo 212. Después le adjudicó el punto de congelamiento del agua a 32. Así el intervalo entre el punto de congelamiento y ebullición del agua puede ser representado por el número racional 180. En 1745 Carlos Linneo de Upsala, Suecia, describió una escala en la cual el punto de congelamiento del agua era 100 y el punto de ebullición cero haciendo una escala centígrada. Anders Celsius (1701-1744) usó la escala al revés en la cual cero representó el punto de congelamiento y 100 el punto de ebullición del agua. En 1948 el término Grado Centígrado fue reemplazado por el de Grados Celsius. La escala Kelvin (por Lord Kelvin) o absoluta, que se emplea en física, está fijada por dos valores concretos de la temperatura para los que se producen dos efectos muy determinados. El inferior es el llamado cero absoluto y corresponde a aquella temperatura en la que una molécula tiene una energía térmica nula. El valor superior corresponde a la temperatura del punto triple del agua, aquella en la que pueden coexistir los estados sólido (hielo), líquido y gaseoso (vapor de agua) y al que se ha asignado el valor 273,16. La escala está dividida en un cierto número de intervalos que reciben el nombre de grados Kelvin. De este modo el valor superior corresponde a 273,16 K, mientras que el inferior es de 0 K.

4. Escalas termométricas Algoritmos de conversión Para pasar de la escala Fahrenheit a la Celsius se emplea la siguiente f'órmula: ºC = 5/9 (ºF-32) ºF= 9/5 ºC + 32 Se define 273.16 K = 0 °C Y por lo tanto para convertir de Celsius a Kelvin habrá que sumar 273,15 Cuadro comparativo EscalaCero AbsolutoFusión del HieloEvaporación Centigrada - 273.2 °C 0 °C 100 °C Fahrenheit - 459.7 °F 32 °F 212 °F Kelvin 0 K 272.2 K 373.2 K

5. Calor y temperatura El calor es una forma de energía y como tal, puede pasar de un cuerpo a otro por radiación,conducción oconvección. Conducción:  Es la transmisión del calor por contacto molecular. Convección:  El calor se transporta con la masa misma. Es la forma en que se transmite el calor en los fluidos, es decir, en los líquidos y en los gases. Radiación:La transferencia de calor por radiación se hace por medio de ondas electromagnéticas que pueden propagarse igual en un medio material que en la ausencia de este.Los cuerpos oscuros absorben la mayor parte de la radiación que reciben, en cambio los más claros reflejan más radiación de la que absorben.

6. Variaciones de temperatura • Diurna • Con la latitud • Estacional • Con los tipos de superficie terrestre • . Continental • . Maritimo • Con la altura

7. Variación diurna de la Temperatura Noche clara o con poca nubosidad 22 horas 4 horas Radiación terrestre Radiación terrestre +14°C +8°C suelo Suelo Los intercambos de calor se efectuan en la superficie del suelo, que radía en forma permanente, de día y de noche.

8. Variación diurna de la Temperatura De día el suelo sigue radiando pero el sol envía su propia radiación hacia la tierra que es mucho más fuerte que la radiación terrestre. El resultado neto es que la superficie del suelo se calienta. Radiación terrestre Radiación solar suelo Se trata de un balance térmico entre dos flujos (la radiación terrestre y la del sol) donde sólo uno varía enormemente (el del sol)

9. Variación diurna de la Temperatura Radiación El balance radiativo no es positivo desde que se levanta el sol. El suelo continúa a enfriarse hasta que se llega al punto N (de equilibrio de flujos) . Pasado el mediodía el balance térmico es siempre positivo, ganándose energía hasta que se llega al punto X. El suelo entonces continúa a calentarse hasta las 15 o 16 horas solares. La temperatura del suelo pasa por un mínimo TN de 1 a 2 horasluego del amanecer, luego aumenta y pasa por un máximo Tx hacia la media tarde, luego disminuye. La T del aire se comporta en forma similar aunque la amplitud TX – TN es algo menor. Radiación solar Ganancia de energía Radiación terrestre Pérdida de energía X Pérdida de energía Puesta del sol amanecer Temperatura (en el abrigo) Puesta del sol amanecer

10. Variación diurna Altura (km) Atmosfera Suelo Profundidad (m) Temperatura (°C)

11. Variación diurna MVD • La amplitud térmica diaria: • Aumenta con la altitud del terreno • Aumenta con la continentalidad • Disminuye con la latitud geográfica a partir de los 30° LQ USH CR Variación diaria de la temperatura en julio en Montevideo (MVD), La Quiaca (LQ), Ushuaia (USH) y Cristo Redentor (CR)

12. Variación estacional Isotermas del verano austral Isotermas medias a nivel del mar. Enero

13. Variación estacional Isotermas del invierno austral Isotermas medias a nivel del mar. Enero

14. Variación con la altura Vimos que normalmente la temperatura decrece cuando aumenta la altura, en toda la troposfera. El decrecimiento de la T con la altura se denomina gradiente vertical y en promedio es de 2°C cada 1000 pies. A veces la temperatura aumenta con la altura en una capa. Un aumento de la T con la altura se denomina inversión. Es decir el gradiente vertical esta invertido. Muchas veces la inversion térmica se desarrolla cerca del suelo en noches claras con vientos débiles (figura superior). El suelo radía y se enfría mucho más rápido que el aire por encima. El aire en contacto con el suelo se vuelve mucho más frío mientras que la T unos cientos de pies más arriba cambia muy poco. Por lo tanto la T aumenta con la altura. Altura Z Inversión en superficie 0 Temperatura T Altura Z tope Inversión en altura base 0 más frioTmás cálido

15. Variación con la altura Presión estándar (mb) Calentamiento por el ozono Altura (km) Presión estándar (mb) Altura (km) Calentamiento por la superficie terrestre Temperatura (°C) Temperatura (°C)

16. Medición de la temperatura del aire Un termómetro es un instrumento que mide la temperatura de un sistema en forma cuantitativa. Una forma fácil de hacerlo es encontrando una sustancia que tenga una propiedad que cambie de manera regular con la temperatura (es decir, que varíe linealmente) t(x)=ax+b. Donde t es la temperatura y cambia con la propiedad x de la sustancia. Las constantes a y b dependen de la sustancia usada y deben ser evaluadas en dos puntos de temperatura específicos sobre la escala, por ejemplo, 0 para el punto de congelamiento del agua y 100 para el punto de ebullición (escala Centígrada o Celsius). Por ejemplo, el mercurio es líquido dentro del rango de temperaturas de -38,9 ºC a 356,7 ºC. Como líquido, el mercurio se expande cuando se calienta, esta expansión es lineal y puede ser calibrada con exactitud.