Por qué el agua modera la temperatura
El agua
Bloque Carbono y energía · El agua
Qué vemos
Tres observaciones que probablemente ya hiciste sin pensarlas.
Las tres son la misma propiedad mirada a tres escalas: el agua es un moderador térmico. Absorbe y entrega mucha energía sin cambiar demasiado su temperatura.
Capacidad calorífica: cuánto cuesta calentarla
La capacidad calorífica específica es la energía que hay que darle a un kilogramo de una sustancia para que suba un grado. La del agua es una de las más altas que se conocen.
Capacidad calorífica específica de algunas sustancias, en J/(kg·°C). Valores de tabla, redondeados.
| Sustancia | Capacidad calorífica | Comparada con el agua |
|---|---|---|
| Agua líquida | 4180 | — |
| Arena | unos 800 | 5 veces menos |
| Aluminio | 900 | 4,6 veces menos |
| Hierro | 450 | 9 veces menos |
Hay que leer la primera fila con cuidado: para subir un grado un kilo de agua hay que darle 4180 joules; para subir un grado un kilo de hierro, 450. Casi diez veces menos.
Pista: por eso en la playa la arena quema y el agua está fresca, aunque les llegue el mismo sol. La arena necesita poca energía para calentarse mucho.
¿Qué es la capacidad calorífica específica?
Un kilo de agua y uno de hierro reciben la misma energía. ¿Cuál sube más de temperatura?
Por qué cuesta tanto
Darle calor a un líquido significa hacer que sus moléculas se muevan más rápido. En el agua, parte de esa energía no va a acelerar moléculas: se gasta en vencer los puentes de hidrógeno que las tienen enganchadas.
En el hierro no hay nada parecido que vencer, así que casi toda la energía se convierte en movimiento y la temperatura sube enseguida.
¿Por qué el agua necesita tanta energía para subir un grado?
Calor latente: cuánto cuesta cambiarla de estado
Hay un momento en que le das calor al agua y la temperatura no sube: mientras hierve. Toda esa energía se usa en separar las moléculas unas de otras, no en acelerarlas.
Esa energía se llama calor latente, y en el agua también es enorme.
Calor latente del agua, en J/kg. El de vaporización es casi siete veces el de fusión.
| Cambio de estado | A qué temperatura | Energía por kilogramo |
|---|---|---|
| Fusión (hielo a agua) | 0 °C | 334 000 |
| Vaporización (agua a vapor) | 100 °C | 2 260 000 |
Comparalo con lo anterior: calentar un kilo de agua de 0 a 100 °C cuesta unos 418 000 joules. Evaporar ese mismo kilo, una vez que llegó a 100, cuesta más de cinco veces eso.
Q = m · L
donde Q es la energía, m la masa y L el calor latente del cambio de estado que estés mirando.
Mientras el agua hierve le seguís dando calor y la temperatura no sube. ¿En qué se usa esa energía?
¿Por qué transpirar enfría el cuerpo?
Por qué transpirar enfría
Ahora se entiende la segunda tarjeta del principio. Para evaporarse, cada gota de sudor necesita muchísima energía, y la saca de lo que tiene más cerca: tu piel. Tu piel entrega esa energía y, al entregarla, se enfría.
Por qué transpirar enfría
¿por qué un día húmedo se siente más agobiante que uno seco a la misma temperatura?
La misma propiedad, a escala de planeta
El océano tiene una masa enorme de agua, y el agua tiene la capacidad calorífica que viste. Las dos cosas juntas lo convierten en un amortiguador del clima.
- De día y en verano absorbe muchísima energía subiendo poco de temperatura.
- De noche y en invierno la devuelve lentamente.
- Por eso una ciudad costera tiene menos amplitud térmica que una del interior, y por eso el mar tarda en calentarse aunque afuera ya haga calor.
Esto conecta directo con el módulo D: buena parte del calor extra que retiene el planeta termina en el océano, y eso retrasa los efectos que se ven en el aire. El sistema tarda en responder porque hay mucha agua de por medio.
¿Por qué una ciudad costera tiene menos amplitud térmica que una del interior?
El calor latente de fusión del agua es 334 000 J/kg. ¿Cuánta energía hace falta para derretir 2 kg de hielo que ya están a 0 °C?
¿Qué tiene que ver la capacidad calorífica del agua con el cambio climático?
Animación de la clase
Fuentes de la animación: CRC Handbook of Chemistry and Physics, tablas de propiedades térmicas, para las capacidades caloríficas específicas y los calores latentes. Esquema, no está a escala real: la longitud de las barras representa cuánto sube la temperatura, no un valor medido.
Cuánto cuesta calentar agua
Calor latente
Por qué el agua modera la temperatura
Las actividades escritas, las láminas y la autoevaluación están en la página de la clase.
Resumen
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