temperatura

Como dijimos, hoy nos vamos a centrar en casos en que la presión de un gas cambia debido a una variación en su temperatura. Al cambiar la temperatura, la velocidad media de las partículas es diferente, y por lo tanto sus colisiones contra las paredes sólidas transmiten mayor o menor fuerza. Es decir, a mayor temperatura, mayor presión.

Es un fenómeno muy importante en la industria humana. De hecho, la automoción se basa en ello: desde la máquina de vapor hasta los motores de combustión interna actuales (los motores eléctricos no, por supuesto).

En los coches modernos se produce una reacción química muy potente en el interior de un cilindro (explosión en el caso de gasolina, combustión en el caso Diesel), cuyo efecto principal es elevar la temperatura de un gas (formado por aire y gotitas de combustible; lo que llamamos aerosol).

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Si a lo largo de esta serie sobre los gases nos ha quedado algo claro es que están compuestos por una gran cantidad de pequeñas partículas, átomos o moléculas, que se mueven libremente a gran velocidad. Y, como sabemos, algo que se está moviendo, continuará en línea recta hasta que sufra alguna interacción que altere su movimiento (esto es, a groso modo, la primera ley de Newton).

¿Y hasta cuándo seguirá una de las partículas de un gas moviéndose en línea recta? Pues hasta que ocurra una de las dos siguientes posibilidades: que choque contra otra partícula, o bien hasta que alcance los límites del recipiente donde se encuentra el gas. Una buena forma de imaginárselo es una mesa de billar, donde las bolas se están moviendo continuamente y no se frenan por el rozamiento contra el tapete.

Si dos partículas del gas colisionan entre ellas, normalmente no les pasa nada, simplemente rebotan. Si la colisión se produjera a velocidades elevadas (y recordad que eso significa elevar la temperatura) podrían pasar cosas más desastrosas, como que las moléculas perdieran electrones: el gas se convertiría en un plasma. Pero esto no suele suceder a las velocidades típicas de temperaturas normales, así que por el momento nos centraremos en colisiones elásticas, donde las partículas simplemente rebotan sin que les pase nada más, como bolas de billar.

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Aunque a menudo no somos conscientes, vivimos en «el fondo de un océano de aire», un gas que nos rodea por todas partes y sin el cual nuestra vida sería imposible. Pero, ¿alguna vez os habéis parado a pensar qué es un gas? Dado a la enorme importancia que tienen los gases, tanto en nuestra en nuestras vidas como en la industria, vale la pena dedicar unas líneas a hablar de ello.

Lo primero a considerar es que, aunque a nosotros el aire nos parezca homogéneo, continuo y suave, en realidad no lo es ni de lejos. Un gas, como cualquier substancia, está hecho de partículas. Estas partículas pueden ser bien átomos individuales, o bien agrupaciones de átomos (que llamamos moléculas).

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Calgary posee el clima más inestable del mundo a lo largo del año. La ciudad de Calgary se encuentra en la provincia de Alberta, Canadá. Es la tercera ciudad de Canadá en términos de población: en 2008, su censo era de 1.042.892 habitantes. Es un destino muy popular para los deportes de invierno; en 1988 se convirtió en la primera ciudad canadiense en acoger los Juegos Olímpicos de Invierno. Según una encuesta realizada por la revista Forbes en 2007, Calgary también fue calificada como la ciudad más limpia.

Pero Calgary también guarda muchas sorpresas climatológicas. Imaginaos el siguiente escenario. Estáis paseando por Calgary en un día soleado, espléndido, casi podéis ir en manga corta, los pájaros cantan, la gente parece alegre y despreocupada, y de repente, sin previo aviso, la temperatura desciende bruscamente 15 grados.

Empiezáis a tiritar de frío, pero por suerte lleváis una chaqueta anudada a la cintura. Entonces empieza a llover torrencialmente y maldecís el instante en que os dejasteis el paraguas en casa. Pero antes de que llegueis a casa, todavía tendréis que lidiar con una tempestad de granizo. Como si fuerais el hombre del tiempo experimentando todo lo que predice a lo largo de un año, de manera secuencial, y en un solo día.

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Ya desde el colegio nos repetían que, si bien existe un límite para la temperatura más fría en el universo (el Cero Absoluto, -273,15 Cº), no había límite para la temperatura más alta. En otras palabras, hay un límite para el frío, pero no para el calor (algo que por cierto adquiere un especial sentido en estos días de sofocante calor).

Sin embargo, en 1966, el físico teórico Andréi Sájarov se obsesionó con la idea de que quizá también existía un máximo de temperatura posible. Concluyó, entonces, que este límite debería estar relacionado con la cantidad máxima de energía radiante que puede introducirse en el volumen mínimo de espacio.

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Ésta es la típica pregunta que la gente no suele formularse a menudo. Pero pensadlo un momento. Basta con que en la calle estemos a 0 ºC para que en casa tengamos un frío de mil demonios que debe combatirse poniendo al máximo la calefacción (o encendiendo más de una estufa). Pero en un avión, a semejantes alturas, la temperatura del aire puede alcanzar los -50 ºC, de modo que ¿cómo lo hacen para que no notemos ni una pizca de frío?

Lo cierto es que no todo el mérito es del avión sino de la altura. A 9.000 metros, por ejemplo, la densidad del aire es un tercio menor que al nivel del mar, por lo que, en realidad, es como si el avión volara en un frasco vacío. Este aire contra las láminas de metal que recubren el avión es mucho menos eficiente en la pérdida del calor.

Además, en pleno vuelo, la fricción del aire en las láminas que componen la capa exterior a 500 kilómetros por hora caliente mucho la superficie. Por ejemplo, las piezas del Concorde llegaban a alcanzar los 200 ºC en pleno vuelo, y las cápsulas de regreso de las naves espaciales siempre llegan a la Tierra tan calientes como castañas asadas.

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Esta es, al menos, la conclusión a la que ha llegado un estudio de la organización SCAR (Scientific Committee for Antarctic Research). Las evidencias empíricas del descenso de la temperatura en la Antártida durante las pasadas décadas han sido utilizadas como argumento negacionista contra el cambio climático. Sin embargo, estos descensos se debían al agujero en la capa de ozono.

La radiación extra que se ‘colaba’ por este agujero tenía un efecto muy significativo sobre las corrientes de aire en esta zona del planeta, que quedaba ‘blindada’ frente al calentamiento sufrido por el resto de la Tierra. En los últimos años, sin embargo, el agujero de la capa de ozono está experimentando una importante regeneración, ya que los agentes causantes (los CFCs o clorofluorocarburos) ya han sido prohibidos en todo el globo. Debido a esto, ahora la Antártida está tan expuesta al cambio climático como el resto del planeta, y se espera un aumento promedio de temperatura de 3 ºC en las próximas décadas, con un efecto colateral de importantes deshielos, como ha sucedido hace poco llegando a amenazar Nueva Zelanda.

Resulta una cruel ironía que el mayor éxito medioambiental del siglo XX (la prohibición de los CFCs y la recuperación de la capa de ozono) también aporte su granito de arena a la mayor catástrofe medioambiental del siglo XXI.

Vía | The Guardian
En Genciencia | Recuperación del ozono podría cambiar el clima en el Hemisferio sur

En los meses veraniegos, muchos buscamos un escape al campo o a los pueblos para huir del calor asfixiante. Las grandes aglomeraciones urbanas siempre tienen una temperatura superior a su entorno, y esto se hace especialmente evidente durante la noche, cuando las temperaturas refrescan bastante menos en la ciudad que en el campo.

Pero, ¿por qué? En realidad hay un cúmulo de factores que provocan esta anomalía, pero lo cierto es que sucede en todas las grandes ciudades, independientemente de su localización en el globo. Es lo que se llama isla de calor urbana. De noche, puede suponer una diferencia de hasta 3 ºC entre la ciudad y su entorno.

Un primer factor a considerar es el material del que están hechas las ciudades. Las urbes modernas son básicamente grandes concentraciones de cemento y asfalto. Ambos materiales son capaces de absorber y retener muchísimo calor. Por este motivo, las ciudades se calientan más que su entorno durante el día. Durante la noche, el hormigón y el asfalto recalentados actúan como radiadores, desprendiendo el calor acumulado.

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No importa la temperatura del lugar donde estemos, el metal siempre parece estar más frío que las demás cosas. Incluso, si estamos a una temperatura bajo cero, es posible que nuestros dedos se queden irremediablemente pegados a una barandilla metálica si cometemos la imprudencia de asirla sin estar provistos de un buen par de buenos guantes.

La cultura popular incluso ha cristalizado esta idea: “más frío que el acero”, cuando se refiere a una persona sin sentimientos. (No confundir con la “mirada acero azul” de Dereck Zoolander).

Pero volvamos a la ciencia. Mediante 3 procesos (conducción, convección, radiación) se produce un intercambio de calor entre el cuerpo con más temperatura con el que tiene menos. Si este intercambio se produce por conducción, el flujo de calor es a través de la masa del propio cuerpo, sin que haya movimiento de materia.

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