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Solución:
Hay dos conceptos erróneos principales en su pregunta que causan su confusión.
Primero, la presión no porque temperatura más alta. Este concepto erróneo es probablemente el resultado de una simplificación excesiva masiva en relación con la ecuación del gas ideal. La relación real es “aumentar la presión de un gas ideal mientras el volumen permanece constante aumenta la temperatura del gas”.
Dos cosas notables aquí:
- El agua y otros líquidos son apenas comprimibles, por lo que no se comportan como un gas ideal (que es perfectamente compresible). El líquido ideal no se comprime en absoluto.
- La temperatura solo aumenta a medida que coloca más cosas en el mismo volumen. Es decir, no es presión que aumenta la temperatura, es compresión. Si comprime un volumen de aire, la temperatura aumentará, y si lo suelta nuevamente, la temperatura bajará nuevamente.
En segundo lugar, cualquier sistema cerrado evoluciona hacia el equilibrio térmico. En términos simples, si deja un café caliente en su mesa, eventualmente se enfriará a temperatura ambiente. Aunque la compresión aumenta la temperatura, esto no significa que la presión constante siga produciendo cada vez más calor. Cuando comprime mucho aire en un balón de fútbol, se sentirá caliente al tacto. Pero a medida que intercambia calor con el medio ambiente, se enfriará. Esto es muy útil, por supuesto, porque te permite gastar energía para enfriar las cosas, como en tu A / C 🙂
El efecto que esto tenga sobre la presión, a su vez, depende de las propiedades del material con el que esté trabajando. Si tiene un volumen de aire en una botella, a medida que la enfría, la presión del gas disminuye. Si lo calientas, la presión aumenta. Esta es la razón por la que necesita ajustar la presión en los neumáticos de su automóvil incluso si no tienen fugas; debe ajustar la temperatura actual.
Sin embargo, con un líquido, esto no es tan simple en ningún lado. Si bien existe una relación entre la temperatura y la densidad, no es tan grande como en un gas ideal. Lo mismo ocurre con la presión y la densidad; si no fuera así, no podrías caminar (imagina que tus piernas se acortarían a la mitad cada vez que levantas una pierna, eso simplemente no funcionaría).
Pongamos esto en práctica en nuestro ejemplo oceánico. Sin perturbaciones, el agua tenderá a estar “ordenada verticalmente” por densidad. Por lo general, esto significa que el agua más caliente tenderá a subir, mientras que el agua más fría tenderá a bajar. Entonces, lo extraño es en realidad cuán relativamente cálido en las profundidades. El fondo del océano tiende a tener aproximadamente la misma temperatura, independientemente de lo cálidas o frías que estén las capas superiores.
Hay dos razones principales para eso, específicas del agua:
- La anomalía del agua: el pico de densidad se produce alrededor de los 4 ° C en el agua; tanto el aumento como la disminución de la temperatura desde este punto dan como resultado una menor densidad. El efecto es muy importante, porque significa que incluso durante el invierno, las capas inferiores de los lagos tendrán una temperatura de alrededor de 4 ° C incluso cuando la superficie esté congelada. Y el hielo también es un aislante bastante bueno 🙂 EDITAR: Como señaló David, esto no ocurre en el agua del océano, debido a la alta salinidad que empuja al pico bajo cero (alrededor de -4 ° C). Entonces, en un océano, las capas más profundas están formadas por agua entre aproximadamente 0 ° C y 3 ° C.
- Hielo: cuando el agua se congela, forma hielo, que tiene menor densidad que el agua. Esto es algo inusual (los sólidos suelen tener una densidad más alta que los líquidos) y significa que a medida que los cuerpos de agua comienzan a congelarse, se elevan nuevamente.
Con agua sobreenfriada, este efecto es aún más pronunciado: un agua a -30 ° C tiene aproximadamente la misma densidad que el agua a 60 ° C.
Los océanos se enfrían principalmente por evaporación: las capas superficiales de agua cambian de estado “espontáneamente” de líquido a gaseoso. Obtienes un acto de equilibrio entre la energía perdida por evaporación y la luz solar entrante. Sin embargo, hay una gran brecha entre la superficie y las profundidades, mucha masa de agua: la luz solar entrante no está lo suficientemente cerca para calentar las aguas del océano. Entonces obtienes aguas superficiales cálidas, luego un gradiente de agua cada vez más fría, y finalmente alrededor de 0-3 ° C en las profundidades. Para ilustrar cuán grande es esta brecha, aproximadamente el 90% del agua de los océanos en todo el mundo se encuentra en el rango de 0-3 ° C (de ahí que “no haya suficiente luz solar para calentar todo”).
Por supuesto, una masa de agua a 4 ° C es ideal para sistemas de refrigeración que funcionan a 40 ° C y más. El aire es en realidad un aislante bastante bueno, por lo que la refrigeración por aire se vuelve complicada con los sistemas grandes. El agua, por otro lado, es bastante conductora de calor y se transmite fácilmente, por lo que enfriar un centro de datos enorme se vuelve casi trivial.
EDITAR:
Permítanme referirme a la parte del Sol, ya que parece haber cierta confusión allí también.
La fusión nuclear es algo que ocurre con muy poca frecuencia. Dos núcleos deben acercarse mucho para fusionarse, y necesitan suficiente energía cinética para superar la repulsión entre ellos (ya que ambos tienen la misma carga eléctrica).
El primer problema se resuelve aumentando la densidad. Cuantos más núcleos tenga en el mismo volumen, mayor será la probabilidad de un contacto cercano. Aquí es donde entra la presión, así es como se obtiene una mayor densidad. Las estrellas están hechas de plasma, y el plasma es fácilmente comprimible, similar a un gas, por lo que a medida que aumenta la presión, también lo hace la densidad. ¿Qué tan comprimido está? Bueno, el núcleo del Sol, donde realmente ocurren las reacciones de fusión, contiene el 34% de la masa del Sol, en solo el 0,8% del volumen del Sol. En el centro, la densidad es aproximadamente 150 veces la densidad del agua líquida. La presión es aproximadamente 100 000 veces la presión en el núcleo de la Tierra y aproximadamente 100 000 000 veces la presión del agua en el fondo de la fosa de las Marianas.
El segundo problema se resuelve aumentando la energía cinética de los núcleos individuales. En otras palabras, aumentando la temperatura. Al igual que con el aire comprimido, la presión es solo un trato excepcional para aumentar la temperatura; La reacción de fusión en el Sol se inició utilizando el calor residual del colapso de la materia que forma la estrella (la energía potencial gravitacional). No estoy seguro de qué factor fue la compresión en particular. Pero nuevamente, esto fue solo responsable de la ignición inicial; hoy, la reacción se ejecuta completamente en el calor producido por la fusión y la presión suministrada por la gravedad (que en realidad se reduce por la presión hacia afuera de la energía liberada en el núcleo) los dos presiones forman un equilibrio estable).
Como nota al margen, a pesar de las altas temperaturas y presiones, la reacción de fusión que impulsa al Sol es increíblemente débil. Si pudiéramos reproducir mágicamente las mismas condiciones en la Tierra, realmente no sería utilizable para la generación de energía: la energía producida es de aproximadamente 300 vatios por metro cúbico. en el mismo centro. Para tener una comparación, esto es comparable a la densidad de potencia de una pila de compost, y menor que la densidad de potencia del metabolismo humano. Sí, su propio cuerpo está produciendo más energía que el mismo volumen del centro del Sol. Traté sin éxito de encontrar datos sobre la densidad de potencia de los reactores de fisión, pero un solo reactor CANDU produce alrededor de 900 MW (eso es “millones de vatios”), y seguro que no es tres millones de veces más grande.
No es tanto la presión, sino la compresión lo que genera calor. El calor es una medida del aumento de la energía cinética a medida que las moléculas se ven obligadas a entrar en un espacio más pequeño. El agua no es muy comprimible y el agua en el fondo del océano no está confinada a un espacio significativamente más pequeño bajo presión. La energía cinética de las moléculas de agua en el fondo del océano no aumenta significativamente bajo presión, ya que hay poca compresión del líquido. Un mol de agua a 4.000 metros bajo el océano ocupa solo alrededor de un 1,8% menos de volumen que un mol de agua en la superficie. El módulo de volumen del agua indica que el agua requiere una gran cantidad de presión para un pequeño cambio de volumen.
El agua más fría es más densa hasta que alcanza una temperatura un par de grados por encima del punto de congelación, luego se vuelve más liviana nuevamente. Entonces, el agua en el fondo está a la temperatura específica donde es más densa: cualquier calentamiento la hace subir. Cualquier enfriamiento adicional lo hace subir.
Vea ¿Por qué el océano se enfría en profundidad?
Esto señala además que sin la circulación oceánica, el calor de la Tierra en el fondo del océano tardaría un año en calentar el agua del fondo en un grado C.
Consulte también Circulación global del océano y Temperaturas de aguas profundas para obtener más información. Afirma que el agua más profunda depositada en el fondo de las cuencas es de aproximadamente 2 ° -3 ° C, y que el agua fría proviene de derretimiento de glaciares en los polos.