Știu, este contraintuitiv, dar acesta este adevărul: odată ce intri în troposferă, temperatura începe să crească, dar asta nu înseamnă că nu ai îngheța rapid. Cum este posibil să îngheți dacă temperatura este ridicată? Are legătură cu noțiunile de „temperatură” și „căldură”...
Să luăm două obiecte familiare, o eprubetă subțire și o găleată, în care să turnăm până la umplere apă caldă de 90° C. Care va avea mai multă energie termică? Este simplu de intuit că găleata, nu? Căci apa din eprubetă se va răci rapid, în urma schimbului de căldură cu mediul ambiant (atingându-se echilibrul termic). Apa din găleată va păstra o temperatură mai mare decât cea aerului înconjurător pentru o perioadă mai mare.
Atunci când spunem că ceva este „cald” sau „rece”, vorbim despre „căldură”, pe când „temperatura” se referă la măsurarea modului în care cantitatea de căldură existentă este distribuită între particulele componente ale unui sistem (cum ar fi moleculele de aer din atmosfera terestră).
Cu alte cuvinte, „căldura” este energia totală a mișcării elementelor componente ale unui sistem, iar „temperatura” este rezultatul măsurării energiei medii a mișcării acestor componente. De aceea o găleată de 10 l cu apă caldă are mai multă căldură decât o eprubetă cu apă caldă cu aceeași temperatură ca cea din găleată. Numărul mai mic de particule din eprubetă face ca energia totală a eprubetei să fie mai mică decât energia totală a găleții.
Căldura depinde de factori precum: viteza componentelor menționate (de exemplu, moleculele de aer), de numărul și mărimea acestora. Temperatura este corelată cu energia componentelor sistemului, care este dată de energia cinetică a acestora.
Căldură vs temperatură la altitudini mari
După cum puteți observa din imaginea de mai sus, în atmosfera terestră există zone de inversiune a temperaturii, o primă inversare având loc la circa 20 km deasupra solului. De ce apar aceste schimbări de temperatură?
Trebuie menționat întâi de toate că densitatea atmosferei (numărul de molecule de aer) scade pe măsură ce ne depărtăm de sol. Are legătură pur și simplu cu gravitația, care scade pe măsură ce distanța de centrul gravitațional al Terrei este mai mare. Dacă densitatea scade, scade și presiunea atmosferică, desigur (presiune atmosferică este greutatea aerului atmosferei, în contextul gravitației terestre). Și cu toate acestea temperatura crește!
La înălțimi mari moleculele de aer absorb în continuare energie solară (interacțiuni cu fotonii emiși de Soare). Energia termică este distribuită într-un număr mult mai mic de molecule decât la nivelul solului (unde densitatea este mult mai mare). Interacțiunile dintre particule, la altitudini mari, sunt mult mai rare decât la nivelul solului. Transferul de energie de la moleculele ce formează atmosfera și orice pui în acea zonă a atmosferei (cum ar fi un om) este redus. În plus, în condiții de densitate redusă energia termică este rapid eliberată (radiată) de către moleculele de aer.
Toate acestea duc la situația aparent paradoxală menționată în titlul articolului: vom avea o temperatură ridicată a aerului, dar corpul uman nu ar supraviețui, căci rata de transfer a căldurii corpului către mediul ambiant ar fi mult mai mare decât cea de absorbție a căldurii de la moleculele care constituie atmosfera terestră...
Iată o serie de articole conexe celui de față, publicate pe Scientia de-a lungul timpului:
› Cum se transferă căldura?
› Cum detectează organismul uman căldura?
› Cum se încălzește un corp de la Soare? O explicație la nivel atomic
› Cum răcește, în fapt, aerul un aparat de aer condiționat? Tot o explicație la nivel atomic 😀
› Cum funcționează atmosfera terestră Acesta este un articol de care suntem f mândri!
