Temperatura, humedad relativa y presión atmosférica

TEMPERATURA, HUMEDAD RELATIVA Y PRESIÓN ATMOSFÉRICA

Enric Valor i Micó

Departament de Física de la Terra i TermodinàmicaUniversitat de València

CLIMATOLOGÍA

Parámetros Climáticos

Climatología / Parámetros climáticos Temperatura, humedad relativa y presión atmosférica

Concepto de temperatura

* El concepto de TEMPERATURA se basa en la idea de EQUILIBRIO TÉRMICO y en el PRINCIPIO CERO DE LA TERMODINÁMICA (termómetros de CONTACTO)

Si dos sistemas están separadamente en equilibrio térmico con un tercero, entonces deben estar también en equilibrio térmico entre sí

B C

equilibrio

A Bequilibrio

A C

equilibrio

* Este Principio permite construir los TERMÓMETROS y definir la TEMPERATURA como aquella magnitud termodinámica que toma el mismo valor en todos los sistemas que se encuentran en equilibrio térmico mutuo

Climatología

CELSIUS (ºC) FAHRENHEIT (ºF)

0

100

32

212Ebullición

agua

Fusiónhielo

bX at +=gg

vv

t Asignamos XMedimos hielo de Punto

t Asignamos XMedimos vapor de Punto

→→→→

gv

vggv

gv

gv

XX

tXtX X

XX

ttt

−−

+−−

=

Concepto de termómetro y escala de temperaturas

* Un TERMÓMETRO es un instrumento diseñado para medir la temperatura. Esto se hace indirectamente, midiendo alguna propiedad física que cambie con la temperatura: PROPIEDAD TERMOMÉTRICA (TEMPERATURA EMPÍRICA)

Temperatura, humedad relativa y presión atmosféricaClimatología / Parámetros climáticos

Climatología

Consideraciones prácticas

* Un TERMÓMETRO debe diseñarse teniendo en cuenta las siguientes condiciones:

1) Existencia de una relación biunívoca propiedad-temperatura (FUNCIÓN TERMOMÉTRICA)

2) Sensibilidad a variaciones de T

3) Diferentes termómetros basados en la misma propiedad deben proporcionar valores idénticos

4) Útiles en intervalos de T amplios

5) Presentar poca inercia

6) No perturbar el sistema


Climatología

Mercurio: entre -39ºC y 350ºC

Alcohol etílico: entre -117ºC y 78ºC

Pentano: -130ºC y 36ºC

TERMÓMETROS DE DILATACIÓN DE LÍQUIDO EN VIDRIOTermómetros de dilatación

)t1(VV 0 β+=


Climatología

Termómetro Invar-Latón

Termómetros de dilatación TERMÓMETROS DE CINTA BIMETÁLICA


Climatología

Cº en t ),t bt A(1 RR 20 ++=

K en T ,T

Bexp AR

=

Termómetros de resistencia

TERMÓMETROS METÁLICOS: Pt, Ni, Cu

TERMISTORES (“Thermally sensitive resistor”)


Climatología

* Efecto Seebeck:

- Pt + aleación Pt/Rh- Cu + Constantán (aleación 57% Cu y 43% Ni)- Cromel (aleación 90% Ni y 10% Cr) + Alumel (aleación (94% Ni, 3% Mn, 2% altiminio, 1% Si)- Fe + Constantán

TERMOPARESTermómetros termoeléctricos

2Tc T ba ∆+∆+=ε


Climatología

EMISIVIDAD:

* LEY DE PLANCK (radiación de CUERPO NEGRO):

m en K, en T μm), sr (W/m

1λTC

expλ

C(T)L 2

25

1ºλ µλ

−

=

Ley de Planck

0

20

40

60

80

100

120

140

0 10 20 30

λ (µ m)

Lλ0 (T

) (W

/m2 s

r µ

m)

500 K

400 K

300 K

(T)L

(T)Lε

ºλ

λ=

Pirómetros de radiación


Climatología

Pirómetros de radiación

* Elementos básicos de un pirómetro:


Climatología Temperatura, humedad relativa y presión atmosférica

Diagrama de fases agua Ecuación de Clausius-Clapeyron

T

5388548,21eln s −=

(VAPORIZACIÓN)

es= presión de vapor de saturación (mbar)T = temperatura del aire (K)

se

e100HR =

HR=humedad relativa

La humedad relativa se mide con HIGRÓMETROS

Climatología / Parámetros climáticos


* HIGRÓMETROS DE ADSORCIÓN: Se basan en la deformación que experimentan algunas sustancias higroscópicas cuando se humedecen:

Papel higrométrico: usa una espiral de papel barnizado por una sola cara. Ésta mantiene sus dimensiones, mientras que la otra cambia con la humedad produciéndose la curvatura del papel.

Higrómetro de cabello: usa el cambio de longitud de una fibra natural con la humedad como puede ser el cabello humano (debe ser rubio, fino, y totalmente libre de grasa). Suele usarse en las garitas meteorológicas.

* HIGRÓMETRO QUÍMICO: se basa en la afinidad entre el agua y determinadas sustancias, como el ácido sulfúrico. Se hace pasar un volumen de aire a través del absorbente y se mide su incremento de peso.

* HIGRÓMETRO COLORIMÉTRICO: se basa en el cambio de color que con la humedad experimenta un papel impregnado de tiocianato de cobalto.



* HIGRÓMETRO DE CONDENSACIÓN: se basa en la saturación de un volumen de aire con una cierta cantidad de vapor de agua cuando éste se enfría. Un enfriamiento más allá de la saturación provoca la condensación del agua sobrante. Midiendo la temperatura a la cual se produce la saturación (temperatura de rocío) se puede calcular el contenido de agua en el aire a través de la ecuación de Clausius-Clapeyron.

* PSICRÓMETRO: Está formado por dos termómetros gemelos, llamados termómetro seco y húmedo. El segundo tiene el bulbo recubierto de una muselina de algodón impregnada en agua, que está permanentemente húmeda. Cuando se hace circular una corriente de aire por los termómetros éste absorbe agua de la muselina hasta saturarse, produciendo un enfriamiento del termómetro húmedo a causa de la evaporación. Esto hace que el termómetro húmedo tenga una temperatura inferior al seco, siendo mayor la diferencia cuanto más seco es el aire. La humedad se determina a partir de la diferencia de temperaturas con tablas o gráficas.



PSICRÓMETRO ASPIROPSICRÓMETRO



* PRESIÓN HIDROSTÁTICA: es la presión causada por el peso de una columna de altura h de un fluido de densidad ρ en un lugar donde la aceleración de la gravedad vale g

dz)p(z +p(z) dp

dz

A

z


Climatología

BARÓMETRO

vacío

Presión absoluta = ρ g h

BARÓMETRO DE TORRICELLI

PRESIÓN ATMÓSFERA

VACÍO

COLUMNA DE MERCURIO


Climatología

Barómetros de mercurio

* BARÓMETRO DE CUBETA SIMPLE: se basan en el barómetro de Torricelli; consideran que el nivel del mercurio es constante, para ello la cubeta se hace de un diámetro mayor que el del tubo de mercurio

* BARÓMETRO DE CUBETA FIJA: tiene una escala móvil para ajustar el cero de la escala al nivel de la cubeta de mercurio


Climatología

* BARÓMETRO FORTíN: dispone de una cubeta con fondo de cuero con el que se ajusta el nivel al cero de una escala fija mediante un tornillo

Temperatura, humedad relativa y presión atmosférica



Climatología

* BARÓMETRO DE SIFÓN: consiste en un tubo en forma de U, con una rama larga y cerrada que hace las veces de tubo de Torricelli, y otra corta y abierta. La diferencia de niveles define la altura de la columna barométrica.




Climatología

Otros dispositivos

* TUBO BOURDON: tiene un tubo de sección cilíndrica que forma un anillo cerrado por un extremo. Cuando aumenta la presión en el interior del tubo, éste tiende a enderezarse y el movimiento se transmite a una aguja indicadora.


Climatología

* BARÓMETRO ANEROIDE: está formado por una cápsula metálica flexible herméticamente cerrada, en cuyo interior se ha hecho el vacío (cápsula de Vidi). Si la presión atmosférica aumenta, la cara de la cápsula cede y comprime un resorte; en caso contrario la caja se expande. Estos movimientos se amplifican mediante un sistema de engranajes.


Otros dispositivos


Climatología

* BARÓGRAFO: consiste en un grupo de varias cápsulas aneroides apiladas cuya deformación producida por la presión atmosférica se traslada a una pluma gráfica registradora.


Otros dispositivos



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