Experimentos meteorológicos de la RAM

Experimento Nº 1

Analizar el papel de los núcleos de condensación en la atmósfera para la formación de nubes

Francisco Martín León

Colaboradores en este experimento:

• Alberto Lunas Arias
• Francisco José Rodríguez
• Ramón Baylina
• Miguel Martín del Río
• Eva (Pipper)

Notas preliminares

Pretendemos llevar a cabo experimentos meteorológicos caseros con el objetivo de mostrar y aprender aspectos prácticos de la meteorología que están en la vida cotidiana, bien cerca de nosotros o bien sobre nuestras cabezas. Internet, las estaciones digitales, etc., y, en general, todo lo moderno, nos alejan de la base de lo que es en esencia la meteorología: la observación y la compresión de ciertos fenómenos meteorológicos, en base a la experimentación.

Al ser la RAM una revista digital (www.tiempo.com/ram/) y poseer un Foro propio (https://foro.tiempo.com/), hemos pensado llevar a cabo bimensualmente unos experimentos simples y fáciles de hacer. Pedimos la colaboración de los interesados de forma que en el plazo de un mes se recojan vuestras experiencias, comentarios y fotografías. Todo ellos servirá para realizar un documento que se ubicará en el correspondiente número de la RAM.

Cuando se muestren los principios básicos del experimento, podréis colgar vuestras opiniones, ensayos, variantes, comentarios, sugerencias, problemas y resultados, con o sin fotografías del experimento propuesto cada mes.

Esperamos vuestra contribución a esta nueva experiencia que para muchos de vosotros creemos que será gratificante.

Ya está explicado el primer experimento meteorológico de la RAM en su Foro:

https://foro.tiempo.com/

Consideraremos colaboradores a aquellas personas que hayan realizado el experimento de forma satisfactoria y nos lo envíen o pongan en los foros respectivos las fotos, sus comentarios y sugerencias. Las fotos y texto deben de poseer una calidad mínima, en caso contrario, no podremos reproducirlos en la RAM.

Saludos cordiales,

Introducción

Núcleos de condensación y congelación: sustancias higroscópicas

Cuando una masa o capa de aire se eleva, se encuentra cada vez con presiones más bajas (siempre la presión y la temperatura, en general, decrecen en la troposfera con la altura cuando nos elevamos). En estas condiciones, la masa, o “burbuja” de aire que asciende se enfría y se expande sin variar significativamente su contenido de vapor de agua. A un determinado nivel de ascenso, el estado de la burbuja es tal que el vapor de agua alcanza la saturación. En su continuo ascenso, el vapor en exceso forma gotitas líquidas o cristalitos de hielo, según la temperatura reinante. En estas condiciones se comienza a formar la nube. El nivel a partir de cual se forma una nube al ascender una burbuja o capa de aire es el nivel de condensación por ascenso. La presencia de núcleos de condensación y sublimación facilita el cambio de fase de vapor a líquido y sólido, respectivamente, incluso antes de que la burbuja ascendente llegue a saturarse. Sin la presencia de estas partículas, se podría llegar a un estado de sobresaturación sin que se formara la propia nube, como se ha llegado en pruebas de laboratorio. Por suerte, el aire no está limpio de ellas.

Si la nube formada sigue ascendiendo, y pasa a temperaturas inferiores a 0ºC, las gotitas líquidas podrían congelarse, pero no lo hacen: quedan subfundidas o sobreenfriadas, en estado líquido. Sólo pasarán a la fase de hielo cuando la temperatura sea muy fría o cuando los núcleos de congelación se hagan efectivos y eficaces, permitiendo el paso de gotitas de agua liquida a cristalitos de hielo. Normalmente, y dependiendo de dichos núcleos, el paso se efectúa en un rango muy variable de temperaturas negativas, digamos entre –4 a - 15 ºC. Lo que sí es cierto es que a temperaturas del orden de –30 a –40ºC, toda la nube está formada por cristalitos de hielo.

De lo que acabamos de comentar podemos concluir que:

- En la atmósfera no se suelen alcanzar sobresaturaciones de vapor de agua, gracias a la presencia de los núcleos de condensación y congelación.

- Podrán existir nubes formadas, mayoritariamente, por gotitas de agua, incluso sobreenfriadas a temperaturas ambientales negativas, con cristalitos de hielo o nubes con solo cristalitos de hielo.

Las nubes en la atmósfera se forman gracias a que el aire nunca es puro ni está limpio. Siempre existen partículas de diferentes tamaños que genéricamente se denominan aerosoles. Gracias a algunos de ellos, el vapor de agua puede condensar antes, incluso, de llegar a la saturación.

Un poco de historia

Los primeros experimentos para demostrar la condensación de vapor de agua en partículas transportadas por el aire fueron llevados a cabo en Francia por Coulier en 1875, y por John Aitken, que trabajó en Falkirk en 1880. Las investigaciones de Aitken, realizadas tanto en laboratorio como al aire libre entre 1880 y 1916, fueron de la mayor importancia. Su contador de "polvo", en el cual la expansión repentina de un volumen conocido de aire causaba la formación de gotas sobre algunas de las partículas, era realmente un prototipo de la cámara de nubes de Wilson. Las gotitas se asentaban en un portaobjetos y, contadas con ayuda de un microscopio de bajo poder, daban el número de partículas por unidad de volumen de aire, que habían actuado como centros de condensación o, como decimos ahora, núcleos de condensación. Con este sencillo aparato, Aitken descubrió que había dos extensas clases de núcleos; aquellos que tienen una afinidad para el vapor de agua, es decir, partículas higroscópicas, en las que la condensación se inicia aun antes de que el aire esté saturado, y las partículas no-higroscópicas que requieren cierto grado de sobresaturación, que depende de su tamaño, para actuar como centros de condensación.

El grado de sobresaturación que alcance una masa de aire nuboso que se enfría dependerá de la temperatura y del grado de enfriamiento, los que determinarán qué proporción de vapor es la condensable, y de la concentración, tamaño y naturaleza de las partículas de aerosol, que determinarán la velocidad con la cual el vapor se condensa.

Por este motivo, los núcleos de condensación desempeñan un papel esencial en el comienzo mismo del proceso de formación de la nube. Vamos ahora a investigar su origen y su comportamiento físico mediante este experimento casero.

La sal marina, una sustancia higroscópica

En el experimento que hemos llevado a cabo se mostrará la afinidad que tienen los granitos de sal común caseros por el vapor de agua. Tal es su apetencia por el vapor que los atrae, los condensa en su superficie para formar gotitas de agua que, a su vez, disuelve al propio grano de sal. Podemos decir que la sal marina es un sustancia higroscópica de primer magnitud y responsable de que se formen nubes allí donde hay una riqueza apreciable de vapor de agua. Describamos el experimento.

Experimento 1º: Descripción

Analizar el papel de los núcleos de condensación en la atmósfera para la formación de nubes

- Nivel del experimento. Muy fácil

- Material necesario. Dos platos iguales, transparentes o semitransparentes, sal, agua y tapadera metálica de bote de cristal de poco fondo de menos tamaño que los platos.

- Material optativo. Cámara de fotos con opción de macro para la toma de lo que acontece antes y después del experimento.

- Tiempo invertido. Variable según condiciones ambientales. Un buen método es realizar las tareas preparativas por la noche y dejarlo durante la madrugada. A la mañana siguiente tendrás los resultados a la vista.

- Precauciones. ¡Cuidado que no se te derrame el agua!. Ninguna en especial

- Acciones:

1.- Vierte en plato un poco de agua del grifo, hasta que se cubra todo el fondo. No llenes el plato. Si el agua es destilada, mejor.2.- Vierte unos pocos gránulos muy finos de sal en el interior de la tapadera metálica. No hace falta que sean muchos. Trata de espaciarlos para que los resultados sean más llamativos.3.- Coloca la tapadera metálica en el plato a modo de "barco" de forma que flote y dentro los granitos de sal. ¡Trata de que no le entre agua desde el plato!. Los gránulos de sal no deben mojarse bajo ningún concepto.4.- Coloca el otro plato invertido sobre el primero5.- Deja el sistema así formado en una zona estable durante un tiempo

Al cabo de un tiempo (¡¡¡se paciente!!) mira y examina lo que ha ocurrido:

- ¿En qué se ha transformado los gránulos de sal?- ¿Por qué?- ¿Se da este fenómeno en la naturaleza?- ¿Cómo existen cristalitos de sal en la atmósfera?- ¿Conoces otras sustancias que se comporten como la sal común, ClNa?

Notas aclaratorias

- La sal debe ser muy fina y los granitos pequeños. No espolvoreé muchos, sólo unos pocos. Se deben casi contar los granitos visualmente. No usar sal gorda.- Es buena idea montar el experimento por la noche y ver qué pasa a la mañana siguiente es algo aconsejable para los que no tienen paciencia.

- Los platos o recipientes transparentes son para que tú veas lo que ocurre dentro del recipiente. Puedes utilizar platos normales no transparentes. Puedes destaparlos cuantas veces sea preciso para ver como va el experimento.

Si eres menor de edad trata de estar acompañado por un mayor cuando realice el experimento.

Dudas a resolver después del experimento

¿Por qué hay que tapar el plato inferior?¿Qué ambiente se formará entre los dos platos: muy húmedo, húmedo o seco?¿Cómo se forman los granitos de sal marina en la atmósfera?¿Por qué siguen creciendo las gotitas con sal si los cristalitos ya están disueltos?

Dejamos al lector que resuelva las preguntas formuladas

Resultados de los colaboradores

Solo mostraremos aquellos que se han realizado junto con las fotos tomadas por los autores. Gracias por su colaboración.

Francisco José Rodríguez

Vamos allá con el experimento:

Primero, el material, no se ajusta demasiado ya que los platos son un poco "sui géneris" pero bueno...

Como dicen las instrucciones de uso: echamos el agua en el plato y la sal en la tapa. Ponemos la tapa con mucho cuidado en el plato para que quede flotando...

Tapamos con el otro plato y lo introducimos en el horno a 200ºC durante dos horas....digo.....perdón....en que estaría pensando.......tapamos y a esperar...

Al cabo de 3 horas (si fuera mas tiempo sería mejor) levantamos el plato y vemos esto....

¡¡¡GOTAS DE AGUA!!!

Resultado: La sal es un núcleo de condensación natural que hay en la atmósfera, y como tal funciona como agente favorecedor a la condensación.

Muy chulo el experimento. Espero impaciente el siguiente.

Alberto Lunas Arias

Bueno, pues decir que ha estado entretenido el experimento aunque como era previsible, me faltaba paciencia, creía que el resultado se produciría como en una hora o así.

Aquí ya tengo el material, y la sal dentro de la tapa del tomate frito. Por fortuna tenía una botella de agua destilada.

Aquí más o menos se ve el tamaño de los granos de sal.

Y ya dejé que se gestase el experimento. Así lo dejé toda la noche y a la madrugada siguiente aún estaba todo igual, no sé si fue por que quizás me pase un poco con llenar algo más que el fondo del plato de agua.

Y ya llego por la tarde y veo a primera vista aparentemente solo ¿agua?

Me acerco un poco más y aparte de agua, veo como los granos de sal siguen estando pero....¿son más pequeños?, a mí me parecen que sí, que parte de cada granito se ha condensado y se han juntado para permanecer unos cuantos de granitos dentro de cada gotita de agua.

Chupo un poco con la lengua (con que iba a ser entonces) las gotas de agua, y saben a sal ¿lógico no?

Y después de chuparlo se me ocurre poner la tapa un poco en la vitrocerámica para que se evaporase el las gotas de agua, quedándose así.

Pues la conclusión es la misma que la anterior de Francisco José ¿no?.

Ya está, un saludo a todos.

Francisco José Rodríguez

Hola,

He vuelto a repetir el experimento, pero esta vez dejándolo 24 horas.

Este es el resultado:

Aquí la serie fotográfica de mis pruebas.

Ramón Baylina

Resumen inicial de las fotos tomadas.

Los cuatro gránulos de sal esparcidos por la tapa

Aquí todo el conjunto bien ensamblado.

Visto desde arriba y al cabo de unas horas...

Abrimos el conjunto y vemos que la sal se ha convertido en agua.

Saludos a todos.

Miguel Martín del Río

La primera fase del experimento consiste en preparar todo el material.

Ponemos un poco de sal fina sobre la tapadera, como vemos en esta imagen.

Ahora vertimos un poco de agua en el plato del fondo y ponemos la tapadera.

Dejamos los dos platos en el comedor, lejos de cualquier fuente de calor o frío durante un buen rato.

La temperatura y humead ambiental no eran muy altas pero dentro del plato la humedad tuvo que ser mayor.

Al cabo de unas horas las gotitas comienzan a aparecer. En algunas de ellas se observa en granito de sal que se va disolviendo.

Los granitos de sal han desparecido, están disueltos en las gotas ya formadas.

Vemos que, en el ambiente de humedad creado en el aire entre los platos es suficiente como para que la sal actúe como sustancia higroscópica, atraiga la humedad reinante y forme las gotitas de agua. En ningún momento hubo contacto directo entre el agua del plato del fondo y los granitos de sal.

Saludos,

Eva (Pipper)

Las fotos del experimento

Saludos a todos,