Capitulo IV.Temperatura del Aire 2019 PDF

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Resumen detallado sobre Ecosistema, Agronomia, Clima, Hidrológica, entre otros ...

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2019

FUNDAMENTOS DE AGROMETEOROLOGÌA

Capitulo IV “ Temperatura del Aire ”

UNIVERSIDAD DEL MAGDALENA

ING. AGRÓNOMICA 2019

CAPITULO IV “ TEMPERATURA DEL AIRE “ 4.- Consideraciones sobre El calor y la Temperatura El calor es una forma de energía y como tal, puede pasar de un cuerpo a otro por radiación, conducción o Convección. Conducción: Es la transmisión del calor por contacto molecular. La propagación tiene lugar cuando se ponen en contacto dos cuerpos que están a diferentes temperaturas o dos puntos de un mismo objeto a distintas temperaturas. Las moléculas que reciben directamente el calor aumentan su vibración y chocan con las que rodean; estas a su vez hacen lo mismo con sus vecinas hasta que todas las moléculas del cuerpo se agitan. El calor no se transmite con la misma facilidad en todos los cuerpos. Existen buenos y malos conductores. La conductibilidad es bastante menor en los líquidos que en los sólidos y aún menor en los gases.

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. Como el calor hace disminuir la densidad, las masas de aire o agua calientes ascienden y las frías descienden.

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http://html.rincondelvago.com/mecanismos-de-transferencia-de-energia.html https://elcalor.wordpress.com/category/que-es-el-calor/ 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.

http://experienciadetransferenciadecalor.blogspot.com.co/ Los cuerpos oscuros absorben la mayor parte de la radiación que reciben, en cambio los más claros reflejan más radiación de la que absorben. La radiación proveniente del sol se componen de rayos de tres clases, diferenciados por sus respectivas longitudes de onda: rayos actínicos, rayos 3

luminosos y rayos caloríficos. Desde el punto de vista de la climatología los más importantes son los rayos caloríficos. La radiación solar se transmite hacia abajo a las capas profundas de la tierra o del agua y hacia arriba el aire. La transmisión en cada elemento se realiza por conductividad, por convección, turbulencia y por radiación así: En la tierra por conductividad, en el agua por conductividad, además convección y por turbulencia. En el aire por los tres medios y por radiación. Se manifiesta por sus sensaciones ( caliente, tibio, frío),por la variaciones de la temperatura, dilataciones y cambios de estado de la materia

https://elcalor.wordpress.com/category/que-es-el-calor/

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Unidad de medición : La Caloría ó caloría-gramo. Instrumento de medición : El Calorímetro ó bombas calorimétricas

http://www.equiposylaboratorio.com/sitio/contenidos_mo.php?it=3058

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La temperatura, en cambio, 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. Se define como “la expresión de los diferentes cambios que sufren los sólidos, líquidos y gases al aumentar su energía molecular debido a los procesos de radiación solar. La Sensación térmica. Se denomina sensación térmica a la sensación de frío o calor que siente una persona según una combinación de parámetros meteorológicos. Se expresa en grados centígrados, al igual que la temperatura. En regiones con estación de invierno este valor depende de la combinación de temperatura y viento, ya que son estos factores los que aumentan la sensación de frío: la diferencia entre la temperatura de la piel (32º) y la del aire, y el efecto del viento, que acelera la pérdida de calor del cuerpo. Por ejemplo, un día con una temperatura de 0ºC y con el viento en calma, la sensación térmica será de 0ºC. Si a esa misma temperatura sopla un viento de 25 km/h (7m/s) la sensación será de -6ºC.

En las regiones con verano podemos experimentar más o menos calor a una misma temperatura, en este caso debido a la combinación de temperatura y humedad relativa. 5

En días calurosos, una humedad relativa alta aumenta la sensación de calor, ya que la evaporación del sudor, que es el principal medio para disminuir el calor corporal, se ve dificultada por el exceso de humedad presente en el aire. Por ejemplo, en un día con una temperatura de 28ºC y humedad relativa de 70%, la sensación térmica es de 31ºC.

Fuente : http://www.esascosas.com/Aficiones-Temas/aficiones/escalas-defenomenos-y-desastres-naturales/

4.1.- MEDICIÓN, TERMÓMETROS Y ESCALAS TERMOMÉTRICAS. 6

En la medición de la temperatura debemos distinguir dos conceptos distintos: cantidad de calor expresada en calorías y medición de temperatura ò nivel de calor, expresada en grados según alguna escala. 4.1.1.- INSTRUMENTO DE MEDIDA: EL TERMÓMETRO El termómetro es un instrumento que mide la temperatura de un cuerpo ò sistema en forma cuantitativa. Una forma fácil de hacerlo es encontrando una sustancia que tenga una propiedad que cambie de forma regular con la temperatura (es decir, que varíe linealmente)

t(x) = ax + b. En la cual ( 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 una escala, por ejemplo, 0 para el punto congelamiento del agua y 100 para el punto de ebullición como es el rango de una escala ya conocida como la Centígrada ò 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.

Fuente : http://www.bekiasalud.com/articulos/termometro-mas-efectivo/ Así, la medición está fundamentada en la dilatación que experimentan los cuerpos al aumentar su temperatura, es decir su incremento de calor. Como para registrar estos cambios se necesita una sustancia muy sensible al calor y al frio se utiliza mercurio, pero a los -38,9 ºC se solidifica y entonces para medir temperaturas muy bajas se utiliza el alcohol, el cual tiene el inconveniente de que se evapora a temperaturas altas y al volverse a enfriar se condensa. Como el aire conduce mal el calor y tarda en alcanzar el equilibrio térmico con 7

Los sólidos y líquidos con que se encuentra en contacto, para medir su temperatura conviene adoptar precauciones. La temperatura del aire se mide en condiciones normalizadas a nivel Mundial, con el fin de asegurar la la comparabilidad de los registros.

El muestreo correcto de temperatura se logra colocando debidamente el termómetro de mercurio en una caseta especial llamada abrigo meteorológico y cuya base fija la posición del bulbo termométrico a una altura aproximada de 1 a 1.5 metros sobre el nivel del suelo de la estación.

Fuente : http://www.tiempo.com/ram/1248/instrumentos-meteorolgicos-1/

La garita, abrigo ò caseta Meteorològica permite la circulación moderada y libre del aire y proporciona al termómetro, aislamiento de la radiación directa del sol, la lluvia y los vientos fuertes.

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Fuente: http://meteo.fisica.edu.uy/Materias/climatologia/practico%20climatologia %202012/Practico%201/notas.pdf

CLASES DE TERMÓMETROS

Reseña Histórica. Los primeros aparatos empleados para medir la temperatura fueron llamados Termoscopios. Eran formados por un bulbo de vidrio con un largo tubo extendido hacia abajo colocado dentro de un recipiente con agua coloreada (aunque Galileo en 1610 utilizó vino). Algo del aire contenido dentro del bulbo se extraía, por lo cual el líquido se elevaba a través del tub para tomar su lugar. Como el aire remanente del bulbo se calentaba o enfriaba, el nivel de líquido en el tubo variaba con los cambios de temperatura del aire. Colocando una escala grabada sobre el tubo, se podían medir en forma cuantitativa estas fluctuaciones. El aire dentro del bulbo era llamado medio termométrico, es decir aquél cuya propiedad cambiaba con la temperatura.

Existen varios tipos de termómetros, cuya construcción varía según el uso para que se designan y su modo de utilización. 1. DE MERCURIO.

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Consiste en una porción encerrada de mercurio en un depósito de vidrio muy fino, el cual al dilatarse asciende por un tubito capilar cerrado, con una escala debidamente graduada. Es el màs común y de uso general.

2. BIMETÁLICO. Se basa en la dilatación relativa entre dos metales diferentes. Se utilizan en los termómetros inscriptores o termógrafos.

Fuente : http://www.depositohidrografico.com/b2c/producto/MI24FQ/1/termografofischer-15-65-

Fuente : http://www.bloginstrumentacion.com/blog/2012/05/17/termometros-bimetalicos-ytermometros-de-dilatacion-de-gas-en-la-industria-de-procesos/ Fuente : www.teli.com.mx

3. DE CUBETA. Es un termómetro sumergido en un depósito donde se almacena agua. Se utiliza para la medición de la temperatura del agua. 10

4. DE MÁXIMA Es un termómetro de mercurio con un estrechamiento o estrangulación en el capilar junto al depósito de Hg .Al dilatarse lo hace con fuerza suficiente para vencer este estrechamiento y marcar la temperatura máxima que se alcance. Cuando ésta desciende la cohesión de la columna de mercurio no puede vencer la resistencia al paso del estrechamiento y el termómetro queda marcado en la máxima.

5. DE MÍNIMA. ( De Rutheford ) Es un termómetro de alcohol , el cual lleva un índice en el tubo capilar que puede moverse hacia abajo por la tensión superficial del alcohol, permaneciendo en la posición más baja cuando la temperatura creciente hace que el alcohol fluya por el tubo capilar sin mover el índice.

Fuente : http://ojaizmet.blogspot.com.co/2011/11/la-estacion-meteorologica-ii.html 6. DE ASPIRACIÓN (De Assmann)

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Constan de dos termómetros (seco y húmedo) colocados en un tubo doble de paredes brillantes por la cual pasa una corriente de aire de 2,3 M/sg, producidas por un ventilador de relojería. También es denominado Psicrómetro.

Fuente : http://www.tiempo.com/ram/1949/el-psicrmetro-helado-i/

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Fuente : http://www.eltiempodelosaficionados.com/PARAQUESIRVE.html 13

4.1.2.- INSTRUMENTO DE REGISTRO: “ EL TERMÓGRAFO “ Registra el valor y variaciones de la temperatura durante un periodo de tiempo. Está dotado de un mecanismo de relojería que inscribe por medio de una aguja en una gráfica calibrada en grados y en unidad de tiempo las diferentes alteraciones, funciona en base a una caja metálica al vacío (Aneroide) que se dilata con el calor y se contrae con el frio. También se utiliza un termógrafo, cuyo órgano sensible es un anillo bimetálico ( un anillo abierto formado por dos metales con diferentes coeficientes de dilatación), esto hace que con los aumentos y descensos de temperatura este anillo se cierre o abra transmitiendo este movimiento a una pluma, que inscribirá las variaciones de temperatura a través del día en una gráfica. Esta gráfica se enrolla en un tambor que gira con un sistema de relojería a razón de una vuelta por día o una vuelta por semana. Este instrumento permite establecer la hora a la que se produjo la temperatura máxima o la mínima .

Fuente : http://image-net.org/api/text/imagenet.synset.geturls?wnid=n04421258 Existen también termómetros eléctricos como el Termopar y el Termistor. TERMOPAR Se basa en un voltaje eléctrico producido por la unión de conductores diferentes y que cambia con la temperatura, este voltaje se usa como medida indirecta de la temperatura. T.J. Seebeck en 1826 descubrió que cuando alambres de diferentes metales son fusionados en un terminal y calentados, fluye corriente de uno a otro. La fuerza electromotriz generada puede ser cuantitativamente relacionada con la temperatura y así el sistema puede ser usado como termómetro, conocido como termocupla. 14

Se usan diferentes metales : níquel / aluminio y platino / platino-rodio.

http://es.omega.com/prodinfo/termopares.html

TERMISTOR Este método se obtiene gracias a la propiedad de variación de la resistencia eléctrica con la temperatura. Sir William Siemens en 1871 propuso un termómetro donde el medio termométrico es un conductor metálico cuya resistencia cambia con la temperatura. El platino no se oxida a altas temperaturas y tiene un cambio relativamente uniforme con la temperatura en un amplio rango. El termómetro de resistencia de platino es ampliamente usado como termómetro termoeléctrico y cubre un rango de temperaturas que va desde -260 C a 1235 C.

http://www.cetronic.es

4.1.3.- ESCALAS TERMOMÉTRICAS Para poder comprar y evaluar temperaturas es preciso referirlas a un patrón. En el establecimiento de la escala termométrica se han considerado como puntos de referencias dos temperaturas fijas que nos ofrece la naturaleza, así: a) El punto de fusión del hielo. 15

b) El punto de ebullición del agua (a la presión atmosférica normal y al nivel del mar) ESCALAS Se han establecido diferentes escalas. En la actualidad las más utilizadas en son: a) LA DE CELSIUS O CENTÍGRADA En la cual se considera: 0 0C . punto de fusión del hielo 100 0C. punto de ebullición del agua . Se expresa así: ºC (grado centígrado) 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 el cero (0) 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. Temperaturas medidas sobre una escala centígrada, con el punto de congelamiento del agua como cero, son designadas como grados Celsius . Para pasar de la escala Fahrenheit a la Celsius se emplea la siguiente fórmula: ºC = 5/9 (ºF-32)

ºF = 9/5 ( ºC + 32 )

b) LA DE FAHRENHEIT En el cual se considera: 32°F punto de fusión de hielo. 212°F punto de ebullición del agua. Se expresa así: °F (grados Fahrenheit). En esta escala el cero (0°F) corresponde al grado del frio que se obtiene mezclando sal de amoniaco y nieve. Fue en 1724 que Gabriel Fahrenheit usó mercurio como líquido termométrico. Su expansión térmica es amplia, no se adhiere al vidrio, permanece líquido en un amplio rango de temperaturas. Su apariencia plateada hace que sea fácil de leer. Fahrenheit describió como calibró la escala de mercurio de su termómetro de la siguiente manera: " Colocando el termómetro en un mezcla de sal de amonio o agua salada, hielo, y agua, un punto sobre la escala pudo ser encontrado el cual llamé cero. Un segundo punto fue obtenido de la misma manera, si la mezcla es usada sin sal. Denotando este punto como 30. Un tercer 16

punto designado como 96 fue obtenido colocando el termómetro en la boca para adquirir el calor del cuerpo humano." (D.G Fahrenheit, Phil. Trans. (London) 33, 78, 1724). 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. Temperaturas medidas sobre esta escala son designadas como grados Fahrenheit . c) LA DE REAMUR En la cual se considera: 0°R. punto de fusión del hielo. 80°R. punto de ebullición del agua. Expresión: °R (grados reamur). Hacia 1730, René-Antoine Ferchault de Reaumur (1683-1757) estudió la dilatación del termómetro de alcohol entre el hielo fundente y el agua hirviendo y descubrió que un volumen de alcohol de 1000 partes pasaba a 1080, por lo que, tomando como fijos estos dos puntos, dividió su escala en 80 partes. Es la escala Reaumur . d) LA DE KELVIN En la cual se consideran: 273.°- punto de fusión del hielo 373°.- punto de ebullición del agua. Expresión: °k (grado kelvin) La escala Kelvin (por Lord Kelvin) ò 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 valor 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 00 K. En física se sabe que el volumen de un gas varía con la temperatura en forma directamente proporcional. Podemos por lo tanto aumentar el volumen de un gas aumentando su temperatura, y parece no existir un límite hasta el cual podamos hacer esta expansión. De la misma forma podemos comprimir un gas 17

disminuyendo su temperatura. Sin embargo, se conoce que no puede existir un volumen negativo de gas. Así, se piensa entonces la pregunta de si podemos encontrar alguna temperatura para la cual el volumen de aquel gas pueda ser cero. De esta manera se dedujo el concepto de cero absoluto. Aun cuando este experimento no se puede realizar por debajo del punto de licuefacción de un gas, se puede extrapolar el punto donde el volumen se hace cero a partir de los puntos donde sí se puede obtener información. Resulta interesante ver que para cualquier gas se llega a un mismo valor y a éste se le llamó originalmente cero absoluto. El cero absoluto es la temperatura teórica más baja posible y se caracteriza por la total ausencia de calor. Es la temperatura a la cual cesa el movimiento de las partículas. Aquí el nivel de energía es el más bajo posible. El cero absoluto corresponde aproximadamente a la temperatura de –273.15º C. Nunca se ha alcanzado tal temperatura y la termodinámica asegura que es inalcanzable. Para convertir de Celsius a Kelvin se le suma entonces 273,15: 0

K = 0C + 273,15 .

e ) Escala Rankine Es otra escala que emplea el cero absoluto como punto más bajo. En esta escala cada grado de temperatura equivale a un grado en la escala de Farenheit En la escala Rankine, el punto de congelación del agua equivale a 492 °R, y su punto de ebullición a 672 °R. Escala

Cero Absoluto

Fusión del Hielo

Kelvin

00 K

273.2 K

EvaporaciònAgua 373.2 K

Rankine

0°R

491.7°R

671.7°R

Reamur

-218.5°Re

0°Re

80.0°Re

Centígrada

-273.2°C

0°C

100.0°C

Fahrenheit

-459.7°F

32°F

212.0°F

4.2.- DIFERENCIAS ENTRE TEMPERATURA Y CALOR 18

El calor se puede definir como una forma de energía. Se manifiesta por las sensaciones (caliente, tibio y frío), variaciones de temperatura, dilataciones y cambios de estado. El calor se mide comúnmente mediante la unidad llamada caloría o caloríagramo. Se define como la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de un gramo de agua en un grado centígrado (de14, 5°C hasta 15,5°C). El efecto producido por una misma cantidad de calor, no es el mismo para todos los cuerpos y determina su capacidad calorífica; la cual está referida a la cantidad de calor necesaria para elevar su temperatura en 1°C. Cuando la masa del cuerpo es un gramo, la capacidad calorífica recibe el nombre de calor específico. Si consideramos el término temperatura, como la expresión del nivel de calor, debido al incremento de la energ...