Gota d'aigua
Una gota és un volum chicotet d'algun líquit (aigua, per eixemple), delimitada casi completament per superfícies encadenades entre sí. La manera més senzilla de formar una gota és permetre que el líquit fluïxca suaument cap a la vora d'un recipient. Quan la gota s'excedixca d'un determinat tamany, perdrà la seua estabilitat i caurà. Les gotes d'aigua també es formen per condensació, en gelar un vapor i per atomisació. El pes de la gota més gran que pot penjar de la vora d'un tubo de radi "a" és (aproximadament):
a on és la tensió superficial del líquit i α és l'àngul de contacte en el tubo. Est és un método convencional per a medir tensió superficial.
Pels diferents índexs de refracció del aigua i del aire, en la superfície de gotes de pluja ocorren tant refracció com a reflexió, formant un arcoíris.
A pesar de la creència comuna, les gotes d'aigua no cauen en la forma general en les que icónicamente li les associa. Estes solen ser amorfas, és dir, que no existix una forma definida. No obstant, per la resistència de l'aire, la part inferior sí mostra una qualitat general, es presenta en una forma completament achatada, semblant a la figura d'una hamburguesa. Quant més gran és la gota, més fidel és dita forma, per eixa raó és que les gotes de diferents tamanys es esparcen en diferents direccions, la qual cosa en teoria poguera explicar l'aparició dels estranys arcoíris bessons.
En medicina i en enfermeria, el volum i tamany d'una gota està definit en un diàmetro estandardisat, de tal forma que 1 milílitro són aproximadament 20 gotes. D'igual manera, per als casos en els que es necessita un tamany de gota més menut, existixen els microgoteros, en els quals 1 milílitro són aproximadament 60 microgotas.
Introducció a la tensió superficial d'una gota
[editar | editar còdic]En un decorregut, les molècules interaccionen en totes les que li rodegen. El radi d'acció de les forces moleculars és relativament menut, i comprén a les molècules veïnes més propenques. Si la molècula es troba en l'interior del líquit, la resultant de totes les interaccions serà nula. No obstant, si la molècula es troba en la superfície o pròxima a ella, per existir en valor mig menys molècules dalt que avall, la resultant de les forces estarà dirigida cap a l'interior del líquit.
Termodinámicamente la tensió superficial és un fenomen de superfície i és la tendència d'un líquit a disminuir la seua superfície fins que la seua energia de superfície potencial és mínima, condició necessària per a que l'equilibri siga estable. Com l'esfera presenta un àrea mínima per a un volum donat, llavors per l'acció de la tensió superficial, la tendència d'una porció d'un líquit du a formar una esfera o a que es produïxca una superfície curva o menisco quan està en contacte un líquit en un recipient.
A la força que actua per centímetro de llongitut d'una película que s'estén se li crida tensió superficial del líquit, la qual actua com una força que s'opon a l'aument d'àrea del líquit. La tensió superficial és numèricament igual a la proporció d'aument de l'energia superficial en l'àrea. Este excés d'energia no es manifesta en sistemes ordinaris degut a que el número de molècules en la superfície és molt chicotet en comparació al número total del sistema.
El valor de la diferència de pressió entre interior de la gota i l'atmòsfera és, segons la llei de Laplace, prenent :
a on és la pressió interior, l'exterior, és la tensió superficial i r el radi de la gota.
Es pot vore la dependència en r i cóm, si r és molt menuda, la diferència de pressió és molt elevada, lo que implicaria una necessitat d'una pressió de vapor molt elevada per a que s'iniciara la condensació. Esta expressió també és vàlida per a una bombeta esfèrica d'aire en l'interior d'un líquit.
Llei de Laplace (pressió deguda a la curvatura): la forma de la curva d'una superfície d'un líquit origina forces dirigides cap a l'interior o cap a l'exterior de dit líquit, segons la forma de dita superfície. Això dona lloc a diferències de pressió entre punts pròxims situats a un i un atre costat de dita superfície.
en r1 i r2 els radis de curvatura en un punt donat de la superfície.
Condensació i precipitació
[editar | editar còdic]¿Cóm es formen les gotes dels núvols?
La condensació del vapor d'aigua en gotetes de núvol es dona sobre certes partícules de substàncies que tenen molta afinitat en el vapor d'aigua. Estes partícules es diuen núcleus de condensació. Les molècules de vapor d'aigua no són capaces d'unir-se en gotetes d'aigua per sí soles, necessiten de núcleus de condensació. (Per eixemple: partícules de pols, sal marina, productes de la combustió) Sense estos núcleus seria necessària una humitat relativa del 300% per a que el vapor d'aigua condensara en gotetes, cosa que mai ocorre. La raó d'això és la necessitat del vapor d'aigua de véncer la tensió superficial de la gota que s'opon al seu aument de superfície.
Una volta que comencen a formar-se les gotetes de núvol entorn al núcleu de condensació, el vapor d'aigua es condensa sobre l'aigua líquida que ya s'ha format. Diem que hi ha saturació quan l'aire humit té una composició tal que està en equilibri en una superfície lliure plana d'aigua pura que tinga la mateixa temperatura que l'aire. Que existixca equilibri significa que no hi ha transferència neta de molècules de vapor d'aigua a la superfície d'aigua, ni pel contrari, de l'aigua cap al vapor de l'aire. Este equilibri es dona en el 100 % d'humitat relativa.
Pero l'aigua de les gotetes no és pura des del moment en que es necessiten núcleus o partícules higroscòpiques per a formar-se, per lo tant l'equilibri o saturació s'alcança abans d'aplegar al 100 % d'humitat relativa. A este efecte li'l crida efecte de la substància dissolta. A mida que la gota creix, la sal es diluïx i la gota comença a comportar-se com si fora aigua pura. Per lo tant este efecte té importància solament al principi del procés.
L'efecte de la substància dissolta té en contra un atre que és el de curvatura. Quan les gotes són chicotetes la tensió superficial és apreciable i la "pell" d'una gota es comporta com si fora una membrana estirada, per lo tant, és necessari fer un treball per a estirar-la més; és dir que s'opondrà al depòsit de noves molècules de vapor mentres la pressió de vapor no siga més gran que la de saturació corresponent a una superfície plana d'aigua. És dir, necessita humitat relativa superior al 100 %, comentat anteriorment. A mida que la gota creix, l'efecte de curvatura disminuïx i tendix a anular-se. A partir dels 2 o 3 micrones de radi, la gota es comporta com si tinguera superfície plana.
En resum, la condensació comença sobre els núcleus de condensació més grans i actius. Les gotetes creixen fins a alcançar un tamany màxim en el núvol quan la humitat és de prop del 100 %. L'efecte de solut té en contra el de curvatura i per això els núcleus menuts i menys actius no entren en joc, per lo tant el número de gotes de núvol per unitat de volum és menor que el número de núcleus. Hem, puix, explicat la formació de les gotes en un núvol. Tenint present que per a humitats relatives superiors al 100 % es produïx la precipitació, seria convenient estudiar els factors que fan que una massa d'aire modifique la seua humitat relativa. La qual cosa nos du al següent punt.
En l'atmòsfera, ¿quins són els processos que causen condensació i sublimació, és dir, que produïxen núvols?
Són, sobretot, els ascensos d'aire. Quan l'aire ascendix s'expandix (a major altura, menor pressió) i per això es gela. L'aire fret admet menys vapor d'aigua que el càlit; per este motiu, pronte la bombeta se saturarà de vapor d'aigua i escomençarà a produir-se la condensació, o la sublimació si la temperatura de part d'este volum és molt baixa: haurà naixcut un núvol.
Mecanismes que produïxen ascensos d'aire en l'atmòsfera:
- Convecció: L'aire caldeado en estar en contacte en superfícies molt calentes s'eleva, es gela progressivament i com aumenta la seua humitat relativa el vapor d'aigua es condensa. L'aire fret superior reemplaçarà el buit que ha deixat en superfície l'aire calent ascendent. D'esta manera es crea una cèlula convectiva o tèrmica.
- Orografia (efecte barrera i, el seu contrapost, efecte Foehn o chinook): L'efecte barrera és el que sofrix l'aire fret i carregat d'humitat en ascendir en altura per causa de la presència d'un relleu. Eixe ascens li fa perdre temperatura i per lo tant aumenta la humitat relativa fins a, saturar-se i fer que ploga. l'efecte Foehn (o Föhn) és el contrari. Una volta que l'aire s'ha secat (vent sec i càlit) en l'alvertent de barlovent, passa el cim i descendix per l'ala contrària provocant vents molt forts, secs i càlits. En Estats Units es diu efecte Chinook.
.jpg)
Referències
[editar | editar còdic]- Este artícul conté una traducció derivada de «Gota de agua» de Wikipedia en castellà publicada baix la Llicència de documentació lliure de GNU i la Llicència Creative Commons Reconeiximent-CompartirIgual 4.0 Internacional.