Cambio de Fase




En nuestro ambiente, la materia existe en cuatro fases. Por ejemplo, el hielo es la fase sólida del H2O. Si le agregas energía añades movimiento a esa estrucutura molecular rígida, que se rompe para formar H2O en la fase líquida, el agua. Si le agregas más energía, el líquido pasa a la fase gaseosa. Y si todavía le agregas más energía, las moléculas se rompen en iones y se obtiene la fase de plasma. La fase de la materia depende de la temperatura y de la presión a la que está sometida. Casi siempre, los cambios de fase requieren una transferencia de energía.




Evaporación


El agua en un recipiente abierto terminará por evaporarse, o secarse. El líquido que desaparece se transforma en vapor de agua que va al aire. La evaporación es un cambio de la fase líquida a la fase gaseosa, que se efectúa en la superficie de un líquido.
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El agua en la superficie del carro se evapora


La temperatura de cualquier sustancia se relaciona con la energía cinética promedio de sus partículas. Las moléculas en el agua líquida tienen una gran variedad de rapideces; se mueven en todas direcciones y rebotan entre sí. En cualquier momento algunas se mueven con rapidez muy alta, mientras otras casi no se mueven. Al momento siguiente, la más lenta puede ser la más rápida debido a colisiones entre las moléculas. Algunas aumentan su energía, mientras otras la pierden. Las moléculas de la superficie que aumentan su energía cinética al salir despedidas desde abajo pueden tener la energía suficiente como para liberarse del líquido. Pueden dejar la superficie e irse al espacio que esté arriba del líquido. De esta manera se transforman en moléculas de vapor.

El aumento en la energía cinética de las moléculas que salen despedidas es suficiente para librarse del líquido, proviene de las moléculas que se quedan en él. Ésta es la 'física de billar'. Cuando las bolas rebotan entre sí y algunas ganan energía cinética, las otras pierden la misma cantidad. Así, la evaporación es un proceso de enfriamento.

La rapidez de la evaporación es mayor a temperaturas elevadas, porque hay más proporción de moléculas con le energía cinética suficiente para escapar del líquido. También el agua se evapora a menores temperaturas, pero más lentamente. Por ejemplo, un charco de agua se puede evaporar hasta quedar seco durante un día frío.

Condensación


Lo contrario de la evaporación es la condensación, o sea el paso de un gas a un líquido. Cuando las moléculas de gas cerca de la superficie de un líquido son atraídas a éste, llegan a la superfice con mayor energía cinética y forman parte del líquido. En los choques con las moléculas de baja energía del líquido comparten su exceso de energía cinética y aumentan la temperatura del líquido. La condensación es un proceso de calentamiento.
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El vapor cede calor cuando se condensa en el interior del radiador


Un ejemplo muy notable del calentamiento producido por la condensación es la energía que cede el vapor al condensarse; es doloroso si se condensa sobre la piel. Es la razón por la que una quemadura de vapor es mucho más dañina que una de agua hirviente, a la misma temperatura; el vapor cede mucha energía cuando se condensa en un líquido y moja la piel. Además, esa agua que moja la piel de todos modos está incialmente a la temperatura de agua hirviente y sigue dañándola. Esta liberación de energía por condensación se usa en los sistemas de calefacción con vapor.

El vapor suele tener alta temperatura, generalmente de 100 grados celsius o más. También el vapor de agua a menos temperatura cede energía al condensarse. Por ejemplo, cuando te das una ducha te calienta la condensación del vapor en el cono de la regadera , aunque sea el vapor de una ducha fría, si permaneces en la región del cono. Sientes de inmediato la diferencia si sales de la ducha. Lejos de la humedad, hay evaporación neta rápida y sientes mucho frío. Cuando permaneces dentro de las cortinas de baño, aun cuando cierres la regadera, el efecto calefactor de la condensación contrarresta el efecto enfriador de la evaporación, sientes menos frío. Si la evaporación es mayor que la condensación, te enfrías.

Condensación en la atmósfera


Siempre hay algo de vapor de agua en el aire. Una medida de la cantidad de ese vapor de agua se llama humedad (masa de agua por volumen de aire). En los informes meteorológicos, se menciona la humedad relativa, que es la relación de la cantidad de agua que contiene el aire en ese momento, a determinada tempertatura, entre la cantidad máxima de vapor de agua que puede contener a esa temperatura.

El aire que contiene todo el vapor que puede contener se llama 'saturado'. La saturación tiene lugar cuando la temperatura del aire y las moléculas del vapor de agua en ese aire comienzan a condensarse. Las moléculas de agua tienden a unirse entre sí. Sin embargo, debido a que sus rapideces promedio en el aire son altas, la mayor parte de ellas no se unen entre sí al chocar. En vez de ello, estas moléculas veloces rebotan y regresan cuando chocan, y así permanecen en la fase gaseosa. Empero, algunas moléculas se mueven con más lentitud que otras, y es más probable que las lentas se unan entre sí al chocar. Entonces, las moléculas de agua más lentas con las que con más probabilidad se condesarán y formarán gotitas de agua en el aire saturado. Debido a que las menores temperaturas del aire se caracterizan por moléculas más lentas, es más probable que haya saturación y condensación en el aire frío que en el aire caliente. El aire caliente puede contener más vapor que el aire frío.