Cómo se mueve el aire frío en una habitación

Question

Si se enciende un ventilador en una habitación cálida, da la sensación de que el aire frío es empujado desde el ventilador en la dirección a la que está orientado, pero ¿qué está ocurriendo realmente a nivel molecular?

Cuando un objeto se calienta, sus moléculas se excitan y pueden, a su vez, excitar a otras moléculas a su alrededor, transmitiendo así el calor a través del aire (u otro medio). Pero lo contrario, es decir, que las moléculas vibren menos y transmitan la falta de vibración, no parece tener tanto sentido, al menos intuitivamente.

Entonces, ¿el efecto aparente del aire frío expulsado por un ventilador o un aparato de aire acondicionado se debe a que las moléculas transmiten su relativa falta de movimiento a sus vecinas o hay algo más?

Answer 1

Como se menciona en los comentarios, el aire de un ventilador se siente más frío por dos razones. En primer lugar, el aire es más frío que tu cuerpo, por lo que al pasar, tu calor corporal se transfiere en parte al aire, que luego se lleva. En segundo lugar, al pasar el aire, evapora la humedad de tu piel, que absorbe el calor en el proceso.

En cuanto a la propagación de las temperaturas frías en general. Si pones un bloque de hielo en la encimera, el aire que lo rodea se enfriará y esta frialdad parecerá irradiar hacia fuera. Esto no se debe a que las moléculas de aire estén transmitiendo una falta de vibración, sino a que están pasando su calor a las moléculas más frías del bloque de hielo. El aire caliente y excitado que rodea al bloque de hielo choca con las moléculas de éste y le transfiere energía. Esto hace que ese aire pierda calor y se enfríe. A continuación, el aire que se encuentra inmediatamente alrededor transfiere calor a la primera capa de aire y pierde calor. Se repite hasta la saciedad. Todo esto se debe a que los objetos tienden a querer estar en equilibrio térmico. Para que todo tenga la misma temperatura, el calor tiende a fluir hacia las zonas más frías, lo que puede parecer que el frío fluye hacia las zonas más cálidas.

En resumen, lo que parece que el frío fluye hacia fuera es en realidad calor que fluye hacia dentro.

Answer 2

Un ventilador encendido en una habitación cerrada y caliente acabará aumentando la temperatura de la habitación porque la energía del ventilador se convertirá en energía cinética de las moléculas más el calor directo de la ineficiencia inherente del motor. Un ventilador de 300 vatios es como un calentador de 300 al final, por lo que la energía cinética de las moléculas aumentará al final de la historia.

El enfriamiento que se siente se debe a la flujo de aire establecido por el impulso de las cuchillas. El flujo de aire que pasa por encima de la piel humana aumenta el transporte de calor por contacto con la piel (si la temperatura es inferior a 36C o así) y también la evaporación de la transpiración. Por encima de los 37C sólo la evaporación adicional proporciona refrigeración.

Las moléculas dentro del flujo de aire tienen el movimiento colectivo de la masa en el flujo, que no cambia la energía cinética microscópica que define la temperatura de la masa en movimiento. Como he dicho anteriormente, toda la energía disipada se convertirá en calor adicional en una habitación cerrada.

Answer 3

La temperatura del aire no cambió. Lo que experimentas es un aumento de la tasa de evaporación de tu piel, y esta evaporación es lo que te hace sentir más fresco.

¿Por qué aumenta la tasa de evaporación? Bueno, la evaporación es un equilibrio entre las moléculas de agua que pasan de líquido a vapor y de vapor a líquido. En un entorno de aire estacionario, la concentración de vapor de agua cerca de la piel será mayor, lo que ralentiza el ritmo de evaporación. Cuando se sopla aire "fresco" (no tan húmedo) contra la piel, se puede empezar a enfriar más rápidamente.

También hay un efecto muy menor que es el efecto Bernoulli, que hace que la presión del aire en movimiento sea ligeramente menor, pero creo que eso es secundario.