Si expulso humo por mi ventana, ¿entrará alguno en mi habitación?

Mi novia y yo hemos tenido un animado debate sobre si mis compañeros de piso pueden o no oler el humo que expulso por mi ventana. ¿Puedes ayudarnos? Aquí está el escenario.

  1. El fumador, se coloca encaramado sobre la ventana, con el cigarrillo colocado en la mano izquierda, la cual permanece afuera permanentemente y manteniéndose en todo momento a una distancia mínima de 15 cm de la ventana.

  2. Es invierno en Edimburgo (hace 2 grados centígrados afuera). La temperatura ambiente es de unos 21 grados.

  3. Cuando el fumador exhala, proyecta una fina corriente de humo directamente al exterior (a 90 grados). (para moverlo lo más limpio y lejos posible)

  4. Hay muy poco viento afuera.

Asumiendo que:

  1. El aire más caliente tiene una presión de aire más alta que el aire más frío.
  2. La habitación está más caliente que afuera, por lo que tiene una presión de aire más alta.
  3. El aire a alta presión siempre fluye hacia el aire a baja presión

Podemos esperar afirmar:

  1. Que aunque el humo está caliente al exhalarlo, se enfriará rápidamente cuando se exponga al aire 2C y, por lo tanto, logrará una presión de aire lo suficientemente baja como para no poder cruzar el umbral interior/exterior debido a la diferencia de presión de aire entre él y la habitación. .
Simplemente respondería a esta pregunta experimentalmente.
Independientemente de las precauciones que tome, algunas moléculas de humo entrarán en su habitación (en un tema relacionado, las moléculas de aire rebotan entre las paredes de su habitación alrededor de 100 veces por segundo , por lo que la difusión es increíblemente rápida). La pregunta es si es una cantidad notable, y sospecho que la única forma de responder es probarla. Lo siento.
@lemon, tenga cuidado cuando dice que las moléculas de aire rebotan entre las paredes ~ 100 veces por segundo. Si bien es cierto que la velocidad típica de una molécula es ~1 km/s, el camino libre medio es muy pequeño, ¡del orden de decenas de nanómetros! En otras palabras, ¡una molécula no sigue yendo en la misma dirección por mucho tiempo! El coeficiente de (auto)difusión es del orden de cm^2/s. En un segundo, puede esperar que una molécula difunda algo así como un centímetro. Estoy de acuerdo con usted en que siempre entrará algo de humo en la habitación, pero esto se debe principalmente a los flujos de aire, no solo a la difusión.
mantenga el cigarrillo en la parte alta de la ventana (incluso unos pocos cm dentro de la habitación), exhale hacia arriba también, todo el humo se va. Como fumar cerca de una chimenea.
¿Podría dar más detalles sobre fumar cerca de una chimenea, por favor? ^^

Respuestas (2)

Si una casa estuviera llena de agua hasta la parte superior de la puerta y usted abriera la puerta principal, el agua saldría por la parte inferior de la abertura y el aire entraría desde afuera a través de la parte superior de la abertura. Esto se debe a que el agua es más densa que el aire. En el caso de su ventana abierta, el aire interior es más cálido (menos denso) que el aire exterior. Entonces, el aire exterior entrará por la parte inferior de la abertura de la ventana (desde el exterior), y el aire interior saldrá por la parte superior de la abertura de la ventana. El aire que entra por la parte inferior de la abertura llevará el humo del cigarrillo a la habitación.

La verdadera prueba de ello es que la habitación se enfría con la ventana abierta. Entonces, el aire frío debe estar entrando desde afuera (y trayendo humo con él).

  1. El aire más caliente tiene una presión de aire más alta que el aire más frío.

Esta no es toda la historia. El aire generalmente se modela bien como un gas ideal , lo que significa que la presión pag , temperatura T , densidad ρ y peso molecular metro están relacionados por

pag = k B metro ρ T .
El aire más caliente tiene una presión más alta si la densidad y el peso molecular se mantienen iguales.

  1. La habitación está más caliente que afuera, por lo que tiene una presión de aire más alta.

Esto no será cierto en absoluto. Si tiene una ventana abierta, las presiones se equilibrarán rápidamente. ¿Qué tan rápido? La escala de tiempo característica para esto es el tiempo de cruce de sonido de la sala. Dado que la velocidad del sonido es de cientos de metros por segundo, solo se necesita una fracción de segundo para que desaparezcan las diferencias de presión. Esto se debe a su tercer punto, que el aire fluye de alta presión a baja presión. De hecho lo hace, solo que mucho más rápido de lo que imaginas.

Entonces, ¿qué sucede? El aire en todos los lugares tiene la misma presión. Las diferencias de temperatura se compensan con las diferencias de densidad. (Recuerde cómo sube el aire caliente; esto realmente quiere decir que, siendo iguales las presiones y los pesos moleculares, sube el aire menos denso). El humo en sí también podría tener un peso molecular diferente. A todo esto, sin embargo, le falta un punto importante.

Su nariz puede recoger cantidades muy pequeñas de algunas sustancias. No es necesario tener una nube de humo visible para poder oler el humo. En particular, el análisis hasta ahora ha descuidado la difusión . Incluso si la mayor parte del humo se mueve visiblemente en una dirección, los movimientos aleatorios de las partículas de gas pueden hacer que algunas partículas de humo sueltas salgan volando en todas direcciones diferentes.

Formalmente, la difusión esparce una cantidad (infinitesimal) de material infinitamente lejos de la fuente en muy poco tiempo. Para ver si esto realmente puede hacer que se huela el humo, habría que calcular el coeficiente de difusión (factible en función de los pesos moleculares y las temperaturas de las sustancias), observar la velocidad de advección del material a granel (aproximadamente medible o adivinable ), y compare la cantidad que se difunde contra el volumen con la sensibilidad de la nariz de una persona típica (una pregunta de biología pura que no puedo responder).

La afirmación de que las presiones se equilibrarán rápidamente en una escala de tiempo sónica no es exacta. En un fluido que fluye, como el flujo convectivo natural que se establece, las tensiones turbulentas viscosas en el gas soportarán los gradientes de presión que se desarrollan, particularmente los gradientes horizontales. Estos gradientes de presión impulsan el flujo de fluido. El flujo consistirá principalmente en flujo frío hacia la ventana en la parte inferior y flujo caliente hacia afuera por la ventana en la parte superior.
De hecho, tomé algunos atajos y asumí condiciones estáticas. En mi defensa, los gradientes de presión que aparecen son pequeños en comparación con el caso de isodensidad con el que estaba comparando. Ciertamente, mis ventanas en invierno no están reteniendo 1-2 libras por pulgada cuadrada de diferencia de presión.
Estoy de acuerdo. Los gradientes de presión que impulsan el flujo de convección natural, a mi juicio, serían bastante bajos.
Si expulso humo por mi ventana, ¿entrará alguno en mi habitación?
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