Transferencia de energía a pequeña escala
Atmósfera y océano
¿Alguna vez has sentido una brisa marina en la playa durante el día? Estoy seguro de que también has sentido la arena caliente bajo tus pies y el calor de los rayos del sol mientras tomas el sol.
Si es así, ha experimentado los tres procesos de transferencia de calor: convección, conducción y radiación. Estos procesos son los tres modos básicos de transporte de calor en la física del sistema terrestre.
Una vez que un objeto como sus pies hace contacto con el suelo más cálido de abajo, se produce la transferencia de calor. La transferencia de energía por el contacto físico de un objeto más caliente con un objeto más frío, y mediante moléculas vibratorias, se conoce como conducción . Por lo general, esto ocurre antes de que tenga lugar la convección si un objeto o medio más cálido entra en contacto con un objeto más frío.
La convección es un proceso macroscópico o uno que involucra el movimiento de fluido o aire, como en nuestro ejemplo de la brisa marina. La aparición de la brisa marina se debe principalmente a la diferencia en la capacidad calorífica del agua o del océano frente a la tierra. La capacidad calorífica es la capacidad de un objeto para mantener el calor. El agua tiene una mayor capacidad calorífica que la tierra, por lo que la temperatura del agua tarda más en cambiar.
Con el sol brillando durante el día, la tierra se calienta más rápido que el océano, por lo que el aire es más cálido sobre la tierra en comparación con el océano. Como resultado, se desarrolla un sistema de baja presión sobre la tierra y un sistema de alta presión sobre el océano. Esto crea un desequilibrio de presión con el flujo de aire que sopla desde el sistema de alta presión (océano) al sistema de baja presión (tierra). Este es el proceso de convección y es un caso especial llamado brisa marina diurna que podemos sentir en un día soleado en la playa. También podemos llamar a este proceso que ocurre durante una corriente de convección de brisa marina .
Usando este mismo ejemplo de nuestro día en la playa, el tercer proceso llamado radiación ocurre cuando podemos sentirnos incómodos acostados en la arena muy caliente para broncearnos. Debido a que la superficie de la arena se ha estado calentando todo el día debido a los rayos del sol, la superficie emite calor en forma de radiación infrarroja.
Transferencia de energía a gran escala
Atmósfera y océano
A partir de nuestro ejemplo de la brisa marina, existe un fuerte acoplamiento entre la atmósfera y el océano a través del vínculo de la diferencia de temperatura de la tierra y el océano y el aire circundante. En una escala mucho mayor, o en una que involucre a todo el océano o al sistema terrestre, podemos extender esta brisa marina a menor escala a un fenómeno meteorológico conocido como El Niño. Un El Niño ocurre cuando el agua se calienta en el Océano Pacífico frente a las costas de América del Sur.
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Recuerde cómo en nuestro ejemplo de la brisa marina, el viento sopla desde el aire más frío sobre el océano hasta el aire más cálido sobre la tierra. La misma situación ocurre durante un El Niño con vientos que soplan desde el océano más frío en el Pacífico occidental hacia el océano más cálido en el Pacífico tropical central y oriental. Este evento puede durar un año o incluso más y puede ocurrir cada dos a siete años. Se sabe que afecta los patrones climáticos y oceánicos en todo el mundo.
Para comprender cómo se produce la transferencia de calor por radiación a gran escala, podemos pensar en el Sol como un gran impulsor de todos los procesos de la Tierra. Un ejemplo de esto es cuando la radiación entrante se ha reflejado desde la superficie o las nubes en la atmósfera, y luego se emite desde la superficie como radiación infrarroja como vimos en la playa, o se vuelve a irradiar hacia abajo hacia la superficie desde las nubes.
Esta re-radiación es uno de los componentes más importantes en la investigación del cambio climático, ya que regula la temperatura de la superficie de la Tierra con cambios en el tiempo. Este concepto también se conoce como efecto invernadero .
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Interior de la Tierra
De manera similar a nuestro día en la playa con la superficie terrestre cálida y el océano más frío, la conducción y la convección también ocurren en las profundidades del interior de la Tierra. Por conducción, la superficie de la Tierra o la litosfera puede calentarse debido a la roca derretida en las profundidades del interior que escapa a través de las grietas de la superficie. Los eventos en los que la roca derretida fluye a través de la superficie de la Tierra se denominan plumas .
Una vez que la roca caliente se eleva hacia la superficie, la roca más fría fluye hacia el núcleo de la Tierra, donde luego se calienta. Esto luego provoca la circulación de material frío y caliente dentro del interior. Esta es la convección que ocurre en el interior profundo de la Tierra y es similar a los procesos que ocurren en nuestro ejemplo de la brisa marina.
Resumen de la lección
La energía se transfiere a la atmósfera, el océano y el sistema interior de la Tierra mediante tres procesos: convección , conducción y radiación .
Todos estos procesos pueden ocurrir al mismo tiempo, ya sea a pequeña o gran escala. También se encuentra un fuerte acoplamiento entre la atmósfera y el océano. El fenómeno a gran escala que involucra estos procesos de transferencia de energía puede afectar el clima en todo el mundo.
La convección y la conducción también ocurren en las profundidades del interior de la Tierra a través de procesos similares a los eventos en la atmósfera y el océano.
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