TERMODINAMICA
Corporacion Colegio
San Bonifacio
De Las Lanzas
El equilibrio térmico es aquel estado en el cual se igualan las temperaturas de dos cuerpos, las cuales, en sus condiciones iniciales presentaban diferentes temperaturas. Una vez que las temperaturas se equiparan se suspende el flujo de calor, llegando ambos cuerpos al mencionado equilibrio término.
El de equilibrio térmico es un concepto que forma parte de la termodinámica, la rama de la física que se ocupa de describir los estados de equilibrio a un nivel macroscópico.
Cuando dos sistemas se encuentran en contacto mecánico directo, o en su defecto, separados mediante una superficie que facilita la transferencia de calor, superficie diatérmica, se dirá que ambos están en contacto térmico. Mientras tanto, al cabo de un tiempo, aunque los dos sistemas que se hallan en contacto térmico se encuentren dispuestos de tal manera que no puedan mezclarse o aunque estén colocados en el interior de un espacio en el cual es imposible que intercambien calor con el exterior, indefectiblemente, alcanzarán el estado de equilibrio térmico.
Para poder conocer la temperatura que presenta un cuerpo o sustancia se emplea el dispositivo del termómetro. Cuando el termómetro entra en contacto térmico con el cuerpo en cuestión ambos alcanzarán el equilibrio térmico y entonces al encontrase en la misma temperatura, sabremos que la temperatura que nos indicará el termómetro en su índice será la temperatura del cuerpo que nos ocupa.
Equilibrio Termico
A un nivel macroscópico, la situación de dos sistemas en contacto térmico podrá interpretarse porque las partículas de la superficie de interface de los dos sistemas son capaces de interactuar entre sí; lo que se verá es que las partículas del sistema que ostenta una mayor temperatura le transferirán parte de su energía a las partículas del otro sistema que observa una menor temperatura. La mencionada interacción hará que las partículas de ambos sistemas logren la misma energía y por tanto la misma temperatura.
Equilibrio Termico De La Tierra
En la atmósfera el mantenimiento del equilibrio entre la recepción de la radiación solar y la emisión de radiación infrarroja devuelve al espacio la misma energía que recibe del Sol. Esta acción de equilibrio se llama balance energético de la Tierra y permite mantener la temperatura en un estrecho margen que posibilita la vida ([1] )
Los flujos de energía entrante y saliente interacionan en el sistema climático ocasionando muchos fenómenos tanto en la atmósfera, como en el océano o en la tierra. Así la radiación entrante solar se puede dispersar en la atmósfera o ser reflejada por las nubes y los aerosoles. La superficie terrestre puede reflejar o absorber la energía solar que le llega. La energía solar de onda corta se transforma en la Tierra en calor. Esa energía no se disipa, se encuentra como calor sensible o calor latente, se puede almacenar durante algún tiempo, transportarse en varias formas, dando lugar a una gran variedad de tiempo y a fenómenos turbulentos en la atmósfera o en el océano.Finalmente vuelve a ser emitida a la atmósfera como energía radiante de onda larga.[2] Un proceso importante del balance de calor es el efecto albedo, por el que algunos objetos reflejan más energía solar que otros. Los objetos de colores claros, como las nubes o la superficies nevadas, reflejan más energía, mientras que los objetos oscuros absorben más energía solar que la que reflejan. Otro ejemplo de estos procesos es la energía solar que actúa en los océanos, la mayor parte se consume en la evaporación del agua de mar, luego esta energía es liberada en la atmósfera cuando el vapor de agua se condensa en lluvia.[4]
La Tierra, como todo cuerpo caliente superior al cero absoluto, emite radiación térmica, pero al ser su temperatura mucho menor que la solar, emite radiación infrarroja por ser un cuerpo negro. La radiación emitida depende de la temperatura del cuerpo.
Globalmente la superficie de la Tierra absorbe energía solar por valor de 161 w/m2 y del Efecto Invernadero de la Atmósfera recibe 333 w/m2, lo que suma 494 w/m2, como la superficie de la Tierra emite (o dicho de otra manera pierde) un total de 493 w/m2 (que se desglosan en 17 w/m2 de calor sensible, 80 w/m2 de calor latente de la evaporación del agua y 396 w/m2 de energía infrarroja), supone una absorción neta de calor de 0,9 w/m2, que en el tiempo actual está provocando el calentamiento de la Tierra.[8]
En un período suficientemente largo el sistema climático debe estar en equilibrio, la radiación solar entrante en la atmósfera está compensada por la radiación saliente. Pues si la radiación entrante fuese mayor que la radiación saliente se produciría un calentamiento y lo contrario produciría un enfriamiento.[2] Por tanto, en equilibrio, la cantidad de radiación solar entrante en la atmósfera debe ser igual a la radiación solar reflejada saliente más la radiación infrarroja térmica saliente. Toda alteración de este balance de radiación, ya sea por causas naturales u originado por el hombre (antropógeno), es un forzamiento radiativo y supone un cambio de clima y del tiempo asociado.
En el estudio del NCAR han concluido una oscilación anual media entre 15,9 °C en julio y 12,2 °C en enero compensando los dos hemisferios, que se encuentran en estaciones distintas y la parte terrestre que es de día con la que es de noche. Esta oscilación de temperatura supone una radiación media anual emitida por la Tierra de 396 W/m2.[5]
La energía infrarroja emitida por la Tierra es atrapada en su mayor parte en la atmósfera y reenviada de nuevo a la Tierra. Este fenómeno se llama Efecto Invernadero y garantiza las temperaturas templadas del planeta.[6] Según el estudio anterior de la NCAR, el Efecto Invernadero de la atmósfera hace retornar nuevamente a la Tierra 333 W/m2.[7]