Cuando hace calor ponemos en marcha los ventiladores. Y en lugares calurosos son habituales los ventiladores en el techo que continuamente mueven sus aspas.
Y eso ho hace sentir frescor.
Pero ¿cómo hacen para refrescar si no disponen de una fuente de frío y se limitan a poner en movimiento el aire caliente?
Por mucho que el aire se remueva, no deja de ser aire caliente. Y, de hecho, la temperatura de la habitación no desciende por muchos ventiladores que pongamos en marcha.
Sentimos un entorno más agradable y fresco y nos encontramos mejor porque el aire en movimiento hace más eficiente la evaporación de nuestro sudor.
El aire en contacto con nuestro cuerpo está más húmedo que el resto porque ya ha absorbido la humedad de nuestro sudor. La corriente de aire del ventilador elimina esta capa húmeda y la sustituye por una de aire seco que absorberá nuestra sudor más eficientemente.
Pero para pasar al estado gaseoso, el agua de nuestro sudor necesita energía (calor) y puede tomarla del ambiente, pero también de nuestro cuerpo, bajando así su temperatura.
Y así se genera frío por evaporación y tenemos la sensación de que la temperatura ha descendido.
Nota sabionda: Igual principio funciona con el abanico y con el botijo.
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Para saber por qué gira el microondas es necesario saber primero cómo funciona.
El horno microondas se basa en el magnetrón, un dispositivo que transforma la energía eléctrica en energía electromagnética en forma de microonda.
Esta radiación magnética tiene la frecuencia adecuada para excitar a las moléculas de agua forzándolas a moverse.
El resto de moléculas no experimentan ninguna excitación pero también se ponen en movimiento acompañando a las moléculas de agua.
Este movimiento molecular libera enegía en forma de calor que es el que calienta o cocina el alimento.
Colocar el alimento sobre un plato o bandeja giratoria garantiza que todas las moléculas de agua serán excitadas por la radiación electromagnética, procurando un calentamiento uniforme en todo el alimento.
Si no ocurriera así, algunas zonas se quedarían frías en contraste con otras zonas muy calientes, o algunas partes de alimento quedarían sin cocinar.
Nota sabionda: Las microondas agitan las moléculas de agua, haciendo que se muevan de un lado a otro rotando a una velocidad tremenda (unos 2.400 millones de veces por segundo).
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Basta con estar expuesto a bajas temperaturas para que comencemos a tiritar, a veces de manera descontrolada. Con castañeteo de dientes incluido.
Y sin poder hacer nada por evitarlo… mas que entrar en calor, por supuesto.
¿Y por qué se desencadena este proceso involuntario?
La temperatura óptima para el funcionamiento de los mecanismos fisiológicos de nuestro cuerpo se sitúa alrededor de los 36,5º C, que es la temperatura que mantenemos habitualmente.
Si por cualquier circunstancia esta temperatura cambia, nuestro organismo pone en funcionamiento mecanismos que la corrijan y la vuelvan a su valor inicial.
Un frío extremo, por ejemplo, hace que perdamos calor corporal por irradiación y nuestra temperatura disminuye. Por ello, cuando la temperatura ambiente es baja y sentimos frío, tendemos a frotarnos las palmas de las manos, los brazos o a movermos enérgicamente para que nuestro músculos generen calor con su esfuerzo.
Pero si no nos movemos o la producción térmica de nuestros movimientos es insuficiente, reaccionamos de manera automática e involuntaria tiritando.
Tiritar es, pues, un movimiento involuntario y convulsivo consistente en la contracción y el relajamiento repetitivo de miles de pequeñas fibras musculares a lo largo de todo nuestro cuerpo, con la finalidad de generar calor aumentando el ritmo metabólico hasta restablecer el equilibrio térmico.
Nota sabionda: Si nuestra temperatura desciende a los 32º C sufrimos amnesia; a los 27º C perdemos el conocimiento y a los 21º C nos morimos. Para conseguir mantener la temperatura óptima, invertimos el 75% de la energía que generamos.
Nota sabionda: Cuando hace mucho frío nuestro organismo limita el calor a la zona interna del cuerpo vasoconstriñendo los vasos sanguíneos de las extremidades. Así, la sangre no pierde calor al pasar por zonas muy cercanas a la superficie. Debido a ello nuestras manos y pies se enfrían antes cuando hace frío y es lo primero que se congela en una situación de frío extremo.
Respuesta a una consulta de Bruno Caso
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El término entropía lo introdujo el físico alemán Rudolf J. E. Clausius en 1850 para representar el grado de uniformidad con el que está distribuida la energía, sea ésta del tipo que sea.
Observó que cualquier diferencia de energía en un sistema tiende siempre a igualarse por sí sola.
Si un objeto caliente se coloca junto a uno frío, el calor fluye de manera que el primero se enfría y el segundo se calienta, hasta que ambos tienen la misma temperatura.
Y si dos depósitos de agua a diferente nivel se comunican entre sí, la energía gravitatoria hará que el nivel más alto disminuya y el más bajo aumente, hasta que los niveles de ambos depósitos se iguales.
Cuanto más uniforme sea la distribución, mayor será la entropía. Entonces, en ambos ejemplos ha aumentado la entropía.
Así también, cuando para un sistema en concreto la energía esté distribuida de manera perfectamente uniforme, diremos que la entropía es máxima para ese sistema.
Dice el primer principio de la termodinámica que “la energía no se crea ni se destruye, solo se transforma”.
Y es de esa capacidad de transformación de la energía de donde proviene el concepto de trabajo, que no es más que el aprovechamiento de ese aumento de entropía. La energía sólo puede ser convertida en trabajo cuando, dentro del sistema en concreto, la concentración de energía no es uniforme.
Veamos un ejemplo. Tenemos un embalse de agua situado a una gran altitud. Como la concentración de energía es uniforme, la entropía es máxima. Ahora, abrimos las compuertas de la presa de ese embalse de agua y al hacerlo cambiamos el sistema de referencia al variar la distribución del agua a ambos lados de la compuerta. El agua fluye entonces con una gran energía gravitatoria y realiza un trabajo al hacer girar una turbina que convertirá esa energía gravitatoria en eléctrica.
Clausius afirmó que en la naturaleza era regla general que las diferentes concentraciones de energía tendían a igualarse con el tiempo.
De esta afirmación proviene el segundo principio de la termodinámica: “La entropía aumenta con el tiempo”.
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Se deben manipular con guantes o con una esponjita o con un plástico, como el de la funda en las que suelen venir envueltas.
¿Y eso por qué? Pues porque se reduce su vida útil, se funden antes.
Pero para saber por qué ocurre esto, antes veremos cómo funcionan las lámparas.
Las lámparas de incandescencia —las bombillas de toda la vida— constan de una ampolla de vidrio que contiene un gas inerte (argón o criptón) y un filamento de wolframio. Y es el paso de la corriente eléctrica la que hace que el filamento de wolframio alcance altas temperaturas —que oscilan alrededor de los de 2000 ºC— que dan como resultado la emisión de luz visible.
Comoquiera que el color de esta luz es algo amarillento —como corresponde a la zona de menor energía del espectro visible— se hace necesario aumentar la temperatura del filamento para conseguir una luz más blanca. Pero el wolframio puede sublimar y el filamento hacerse más delgado en algunos puntos. Y es en estos puntos en los que puede fundirse, dando como resultado un filamento roto y una bombilla oscurecida por el wolframio enfriado y depositado. Decimos entonces que la bombilla se ha fundido.
Para obtener una luz más blanca se utilizan actualmente las lámpara halógenas, que permiten que el filamento alcance una temperatura más elevada sin que el wolframio llegue a fundir.
¿Y cómo lo consiguen?
Las lámparas halógenas además de su filamento de wolframio o tungsteno, contienen una atmósfera gaseosa formada por el gas inerte y por un halógeno (generalmente yodo o bromo), que consigue que el wolframio se mantenga más estable de la siguiente manera: cuando el wolframio pasa a estado gaseoso y entra en contacto con las paredes de la lámpara se enfría, combinándose con el halógeno para formar el halogenuro correspondiente. Por otra parte, en las zonas del filamento donde haya sublimado más wolframio, el conductor disminuye de grosor y por tanto aumenta la temperatura. Y es en estas zonas donde el metal se deposita sobre el filamento reparándolo.
Este ciclo regenerador permite una temperatura mayor de lo habitual y ofrece una luz más blanca, pero requiere de un compuesto de cuarzo —que soporta mejor las altas temperaturas— para la fabricación de la bombilla.
Pero el compuesto de cuarzo no se puede tocar con los dedos, porque restos de grasa corporal quedan adheridos a la superficie. Esta fina capa adherida se calienta y presenta diferente temperatura que el resto de la lámpara. Cuando el wolframio llega al cuarzo ya no se enfría y se rompe el ciclo regenerador. Además la huella de suciedad provoca una alteración química del cuarzo que es conocida como desvitrificación y que provoca su deterioro y contribuye a que el filamento se funda.
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Al someter el hierro al fuego de proporcionamos gran cantidad de calor. Esta energía suministrada hace que los átomos del metal se muevan con mayor intensidad y vibren aceleradamente.
Pero cuando no toda la energía puede ser admitida se pierde en forma de radiación lumínica mostrando el color rojizo característico del hierro calentado en la forja.
Pero… ¿por qué rojo y no otro color?
De hecho el rojo no es el único color. La luz roja tiene una longitud de onda larga, que se corresponde con una energía baja, y es el primer color adquirido por el hierro candente. Si intensificamos el calor, si aumentamos la temperatura, obtendremos emisiones lumínicas con unas frecuencias cada vez más altas y unas longitudes de onda más cortas. Y el color cambiará del rojo al amarillo, de ahí al blanco y finalmente al azul.
Y no solamente le pasa eso al hierro, podemos observar el mismo efecto en otras sustancias que con calor se vuelven luminosas.
Nota sabionda: El color ideal para el forjado es un blanco-anaranjado. Como deben ser capaces de apreciar las diferentes tonalidades, muchos herreros trabajan en lugares de baja iluminación.
Nota sabionda: La astrofísica utiliza esta relación entre los colores y la temperatura en su estudio de las estrella.
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Cuando la corriente eléctrica pasa por cualquier conductor se genera calor a causa del rozamiento de los electrones que forman la corriente eléctrica. Parte de la energía que transportan se disipa en forma de calor. Este efecto se conoce con el nombre de Efecto Joule.
Loe electrones ganan energía cinética en su libre circulación hasta que chocan con alguna partícula de las que componen el conductor y vuelven a iniciar su movimiento hasta el próximo choque. La energía que el electrón transmite a esta partícula se transforma en vibración al aumentar su estado energético. Los contínuos choque aumentan la energía acumulada en el conductor y se irradia en forma de calor.
El calor que se acumula en el conductor y que posteriormente se irradia, es mayor cuanto mayor sea la resistencia que el conductor opone al paso de la corriente. Esta resistencia variará en función del conductor, de su tamaño, forma y grosor.
Por ejemplo, un alambre grueso y corto ofrece poca resistencia al paso de la corriente eléctrica y, por consiguiente, se calentará poco. En cambio, un alambre fino y largo opondrá más resistencia y acumulará y desprenderá más calor. Un buen conductor desprenderá poco calor y un mal conductor desprenderá más.
La solución para obtener una buena cantidad de calor a partir de la corriente eléctrica es hacerla pasar por un no muy buen conductor muy estrecho y largo. Y generalmente dispuesto en espiral o zig-zag para comprimirlo y evitar que ocupe una superficie excesiva.
Muchos utensilios y pequeños electrodomésticos se basan en este principio elemental: estufas eléctricas, tostadoras, secadores de cabello, calentadores de agua…
Nota sabionda: La ley de Joule dice que “el calor que desarrolla una corriente eléctrica al pasar por un conductor es directamente proporcional a la resistencia, al cuadrado de la intensidad de la corriente y el tiempo que dura la corriente.
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Se ha convertido en un electrodoméstico habitual en muchos hogares, así que su giro constante nos es familiar.
Pero… ¿por qué gira?
El microondas tiene un magnetrón que emite radiaciones electromagnéticas de una determinada frecuencia, que excitan las moléculas de agua forzándolas a moverse.
El resto de moléculas, aunque no experimentan ninguna excitación, también se mueven junto con las moléculas de agua. Este movimiento o vibración molecular se traduce en calor.
Si la fuente de la radiación estuviera en un lateral y el alimento permaneciera inmóvil, tan solo se calentaría esa parte del alimento, quedando el resto frío. Es decir, tan solo se calentaría o cocinaría una parte del alimento.
Para que el alimento se caliente de manera homogénea es necesario que las radiaciones lo alcancen en su totalidad de manera uniforme. Y aunque su frecuencia está calibrada para que éstas penetren lo más profundamente posible, el plato giratorio es un añadido que contribuye a aumentar la posibilidad de que todas las moléculas sean irradiadas y que el alimento se caliente de una manera totalmente regular.
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Un espejismo es una ilusión óptica debida a la reflexión total de la luz, originada cuando ésta atraviesa capas de aire de distinta densidad. Así objetos lejanos ofrecen una imagen invertida como si se reflejasen en el agua, o bien aparecen flotando en el aire o sobre la superficie del mar.
Pero… ¿cuál es el mecanismo que los forma?
Ya se apuntaba en el primer párrafo: el cambio de dirección que experimenta la luz al pasar de un medio a otro de diferente densidad, que se mide con el índice de refracción, que no es más que la relación entre la velocidad de la onda en un medio de referencia (el vacío para las ondas electromagnéticas) y su velocidad en el medio del que se trate.
Así, cuando la onda de luz incide oblicuamente sobre la superficie de separación de los dos medios, y si éstos tienen índices de refracción distintos, se produce la refracción. El ejemplo clásico de este fenómeno es el de un lápiz y otro objeto semi-sumergido en un vaso con agua: la cuchara parece quebrada.
También se produce refracción cuando la luz atraviesa capas de aire a distinta temperatura (y por ello densidad), de la que depende el índice de refracción. Los espejismos son producidos por un caso extremo de refracción, denominado reflexión total.
Los espejismos pueden ser de dos tipos: superiores e inferiores, dependiendo de en qué lugar se encuentra la capa de aire caliente.
¿Cómo es eso?
Los espejismos superiores se producen cuando el aire que está cerca de la superficie es más frío (y por lo tanto más denso) que el aire que se encuentra justo encima. Esta inversión térmica se suele dar en latitudes altas donde los mares son fríos y la capa de aire cercana a la superficie del mar está más fría que la superior. La luz ascendente es refractada hacia abajo por la capa cálida produciendo una imagen invertida que parece flotar en el cielo.
Los espejismos inferiores son más comunes, y se producen cuando el aire que está más cerca de la superficie es más caliente (y por lo tanto menos denso) que el aire que se encuentra justo encima. Este fenómeno se observa preferentemente en los desiertos donde el espejismo puede dar la apariencia de un lago o mar desde cierta distancia y, en un ejemplo mucho más cercano, en el asfalto recalentado de las carreteras, con la apariencia de una superficie líquida que refleja imágenes, como un charco. Pero cuanto más se avanza hacia esa zona más parece alejarse, hasta que de repente desaparece.
Veamos algunas imágenes más:
Nota sabionda: Si hace mucho calor y el asfalto de la carretera está muy caliente, incluso se puede apreciar a simple vista como asciende el aire caliente. Y la diferente densidad de ese aire ascendente provoca que llegue una imagen borrosa al observador, pues el diferente índice de refracción hace que la luz se refracte de forma continua al atravesar las distintas capas de aire y se curve.
Nota sabionda: Una cosa parecida ocurre al repostar el automóvil. Si el día es soleado se puede observar en los alrededores de la entrada al depósito, un efecto óptico, una distorsión de imagen. En este caso provocada por los gases desprendidos por el combustible. De una densidad diferente al la del aire circundante y por ello provocadores de refracción.
Respuesta a una consulta de Leonel Domínguez Quijano
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La temperatura del polo, sí… pero… ¿de cuál?
Porque en contra de lo que podría pensarse, las temperaturas del Polo Norte y del Polo Sur difieren notablemente entre sí.
El Polo Sur es el más frío de los dos. En la estación rusa Vostok se ha llegado a registrar la temperatura más baja medida alguna vez en la Tierra: -89,2 ºC el 21 de julio de 1983. Y en la base norteamericana Amundsen-Scott, es común registrar temperaturas por debajo de los -50 ºC, que es la temperatura promedio anual para el continente.
En cambio, en el Polo Norte, si bien las temperaturas descienden por debajo de los -40ºC, no llegan a los extremos del Polo Sur, manteniéndose la media anual alrededor de los -30 ºC.
Esta diferencia climática se debe a que la Antártida es un continente helado y el Polo Norte un mar congelado en el centro del Océano Ártico, en la llamada cuenca de Nansen.
La Antártida es un continente donde el hielo y la nieve cubren una enorme masa de tierra hasta una altitud media de 2.835 m sobre el nivel del mar y una altitud puntual de hasta 4.000 m. Como se estima que el espesor de la capa de hielo es de unos 2.700 m, la tierra estaría prácticamente a nivel del mar.
Entonces… ¿cuáles son los mecanismos que causan esta diferencia térmica?
El agua posee un alto calor específico, lo que significa que para calentar una determinada cantidad de agua se necesita un aporte de energía mayor que el que requieren otros elementos. Tarda más tiempo en calentarse y también más en enfriarse.
Así, los océanos se calientan muy lentamente y también tardan más tiempo en desprenderse del calor que han acumulado, dando como resultado un clima más suave. Y eso es lo que ocurre en el Polo Norte.
En cambio, en el Polo Sur existe un clima continental sin que se sienta la acción reguladora del océano, por lo que el frío es más extremo, al desprenderse más rápidamente del calor acumulado durante el día. La altitud también contribuye, ya que a mayor altura la temperatura desciende. Y es allí precisamente, en los puntos más altos, donde se registran las temperaturas más extremas.
Nota sabionda: La Antártida es el único continente que no tiene una población humana permanente.
Nota sabionda: No hay una razón a priori para posicionar el Polo Sur en un huso horario, pero por una razón de conveniencia práctica, la Base Amundsen-Scott mantiene el tiempo de Nueva Zelanda.
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