| El rincón de la Ciencia
nº 43, diciembre de 2007 |
Preguntas
para pensar
|
La evaporación de los charcos y la energía cinética media de las moléculas de agua
J.C. Sanz (CIEMAT)
Respuesta a:
¿Qué le ocurre a las moléculas de agua en un charco (¡ojo!, ubicado en una superficie impermeable) para que acaben evaporándose en pleno invierno e incluso permanentemente a la sombra?
Considérese
un charco de agua en equilibrio térmico con el ambiente (las temperaturas del
agua y el ambiente coinciden). Aunque el punto normal de ebullición del agua es
de 100ºC, el charco acaba evaporándose, sea cual sea la temperatura ambiental.
¿Cómo puede explicarse esto?
Conviene
recordar que la temperatura de un sistema depende de la energía cinética media
(la energía cinética es un modo de hablar de la velocidad) de las partículas
que lo forman (resulta inevitable hablar en términos estadísticos porque
existe una gran cantidad de partículas y una enorme gama de energías cinéticas
para ellas). Entender que en un charco de agua, por ejemplo a 15ºC de
temperatura, hay moléculas que se mueven a distintas velocidades, es muy
parecido a comprender que si el coste medio de una colección de artículos que
hemos comprado es de, por ejemplo, 2 €, generalmente existirán unos pocos más
caros y otros más baratos que ese precio.
Energía
cinética media y temperatura
Por
otro lado, salvo en el cero absoluto (-273,15 ºC) las partículas jamás dejan
de moverse, unas más y otras menos velozmente. Sin llegar a enfriarnos tanto,
supóngase que la temperatura del charco es T1, y que es inferior al
punto ebullición del agua. Sin duda, algunas moléculas (las que están en la
parte sombreada de negro, que, en proporción a las que hay en el charco, no son
muchas) se mueven tan rápidamente que pueden vencer las fuerzas con que el líquido
intenta atraerlas (fuerzas de cohesión
superficial) y pueden escapar (evaporarse). Al hacerlo sucede que la energía
cinética media del líquido disminuye [[1]]
y, en consecuencia, éste se enfría. Pero, ahora, resulta que la temperatura
del ambiente es un poco mayor que la del charco, de modo que para recuperar el
equilibrio térmico éste tiene que absorber energía de sus alrededores (he ahí
la razón del frío que sentimos cuando se evapora el sudor). Ahora bien, tan
pronto como ocurre esto, algunas moléculas de agua adquieren nuevamente
bastante energía como para fugarse del líquido. Puesto que el proceso descrito
es continuo, finalmente toda el agua del charco acaba evaporándose.
Nótese
que si la temperatura del charco fuese superior, por ejemplo T2, el número
de moléculas capaces de escapar del líquido sería mayor y en consecuencia el
proceso de evaporación sería más rápido.