¿Cómo el aire frío es menos denso en un caso y más denso en otro caso en comparación con el aire caliente?

Se dan dos explicaciones diferentes y contradictorias. ¿Cuál es el correcto?

Explicación 1: El aire frío es más denso que el aire caliente porque , cuando el aire frío de cierta densidad, digamos 'd', se calienta, las moléculas/átomos se separan entre sí y, por lo tanto, el volumen se expande. Como la masa del aire no ha cambiado y el volumen ha aumentado, el aire caliente es menos denso que el aire frío.

Explicación 2: El aire caliente es más denso que el aire frío porque el aire se compone principalmente de oxígeno (~20%) y nitrógeno (~78%). Entonces, este aire, cuando comienza a contener agua (es decir, cuando comienza a enfriarse), pocas moléculas de O2 (masa atómica 16 unidades) y N2 (masa atómica 14 unidades) son reemplazadas por H2O (masa atómica 10 unidades). Entonces, según la ley de Avogadro, para un volumen dado de aire a la misma temperatura y presión y el mismo número de moléculas, el aire frío tiene un peso menor (el H20 tiene una masa atómica menor) que el aire caliente.

¿Cuál de los dos anteriores es correcto? ¿Qué causa la brisa marina?

¿Es que la segunda explicación es un caso especial de agua que actúa como agente refrigerante? De lo contrario, el primer caso es cierto.

No son mutuamente excluyentes. En el primer caso, está considerando un sistema aislado de aire, pero en el segundo caso, está suponiendo que el aire está expuesto al agua que puede absorber.
@limón . El aire sobre el mar es menos denso, ya que tiene más probabilidades de que el H20 reemplace al O2 y al N2. Si esto es correcto, el aire frío menos denso debe elevarse sobre el mar y el aire caliente de la tierra debe reemplazar al aire frío sobre el mar. Entonces el viento debe soplar de la tierra al mar. Pero sucede lo contrario
Tenga en cuenta que no es correcto pensar en el aire 'reteniendo' agua: en una buena aproximación, tanto el aire como el vapor de agua son gases ideales con sus propias presiones independientes, pero que comparten una temperatura.
@tfb. Si, gracias por corregirme. Pero aún así mi duda sigue siendo la misma.
@ user3219492 Bueno, creo que la respuesta es simple: el aire húmedo es más denso que el aire seco, y ambos se vuelven menos densos (en igualdad de condiciones) si están más calientes
@tfb: el aire húmedo es menos denso que el aire seco a la misma temperatura
@JohnRennie doh, sí. OP: ¡escucha a John, no a mí!
@tfb: también me sorprendió. ¡Hasta que lo busqué, habría apostado dinero a que el aire húmedo es más denso que el aire seco!
El clima cálido es el mejor clima para pegar un jonrón porque las moléculas se separan más y ayudan a que la pelota atraviese el aire con mayor facilidad.

Respuestas (1)

Las ecuaciones para la densidad del aire están disponibles en el sitio de la caja de herramientas de ingeniería . La densidad del aire seco viene dada aproximadamente por:

ρ d r y = 0.0035 PAG 0 T

dónde PAG 0 es la presión y T es la temperatura La densidad del aire húmedo viene dada aproximadamente por:

ρ w mi t = ρ d r y 1 + X 1 + 1.609 X

dónde X es la fracción de masa de agua. Solo por diversión calculé esto en Excel asumiendo que PAG 0 = 101325 Pa y obtuve:

densidad del aire

La primera tabla muestra la densidad en kg/m 3 mientras que la segunda tabla son los mismos datos pero como una fracción de la densidad del aire seco en 0 ºC.

La razón de los espacios en blanco en la tabla es que para cualquier temperatura existe una cantidad máxima de agua que el aire puede contener. Una vez más, esto está disponible en el sitio de la caja de herramientas de ingeniería . He elegido los valores de X ser los valores máximos a las temperaturas 273K, 278K, y así sucesivamente, por lo que la parte inferior izquierda de la tabla está vacía.

Encontré los resultados bastante sorprendentes. El efecto de la humedad y la temperatura son casi iguales en su efecto: no esperaba que la humedad tuviera un efecto tan grande.

Todo esto es muy divertido, pero no tiene mucho que ver con la brisa marina. Debido a que la tierra es más caliente que el mar, la densidad del aire en la tierra es menor, por lo que se eleva y atrae el aire del mar, de ahí la brisa marina. El contenido de humedad del aire permanece constante a medida que el aire fluye, por lo que todo lo que cambia es la temperatura, no el contenido de humedad.

Corro bicicletas en el velódromo y hace unos años puse una hoja de cálculo de Excel en línea para observar los efectos en los tiempos de persecución de 200 m, kilo y 2k/3k/4k en función de la temperatura, la presión y la humedad del aire. Es sorprendente la cantidad de aire caliente y húmedo que puede mejorar las cosas. ¡En algunos casos, un pequeño cambio porcentual en la humedad habría marcado la diferencia entre obtener un récord mundial o no!
Todos los pilotos conocen los peligros a los que hay que estar atentos (alto, caluroso y húmedo) que dificultan el despegue.
¿Cómo el aire frío es menos denso en un caso y más denso en otro caso en comparación con el aire caliente?
RespuestasAquíPolítica de privacidad1y, 0v