El cero absoluto es el cero en la escala Kelvin, el equivalente a -273,15º C, pero… ¿qué significa? ¿la ausencia de calor? ¿la temperatura más baja posible?
Primero es necesario distinguir entre energía interna, calor y temperatura, para aclarar ideas. El calor La energía interna es la energía que una sustancia contiene en su interior debido al hecho de que sus átomos y moléculas están en movimiento. El calor es el flujo o transferencia que se da de forma espontánea entre dos cuerpos de diferente energía interna. Y la temperatura es un concepto inventado por el hombre para asignar un número a esa energía, de manera que podamos comparar o establecer aumentos o disminuciones.
Así, cuando decimos que aumenta la temperatura de una sustancia, que se calienta, lo que decimos realmente es que sus átomos y moléculas se mueven más rápido porque se le ha añadido energía calorífica. Y cuando decimos que la temperatura disminuye, que la sustancia se enfría, lo que decimos realmente es que sus átomos y moléculas se mueven más lentamente porque pierden energía calorífica.
Tanto la escala Celsius como la Fahrenheit nos proporcionan una medida de esa variación energética, pero no marcan sus límites referidas a ese movimiento molecular, sino a otros fenómenos. Por ejemplo, la escala Celsius tiene el 0 en el punto de congelación y 100 en el punto de ebullición del agua. Y la Fahrenheit cifra esos mismos sucesos físicos en 32 y 212 grados. La esencia del problema es que ninguna de las dos escalas de temperatura contempla el cero de contenido calorífico, la total ausencia de calor.
Lord Kelvin (1824-1907), aristócrata y científico británico, preparó una escala de temperaturas que comienza en la nada de calor, en la situación en que una sustancia es tan fría como puede llegar a ser, en el cero absoluto. Cuando los átomos y las moléculas de la sustancia dejan de moverse por completo y no hay ninguna energía calorífica.
Nota sabionda: En realidad el movimiento atómico y molecular no se detiene del todo en el cero absoluto. Según la mecánica cuántica siempre queda una pequeña porción de energía residual, llamada energía de punto cero, para poder así cumplir el principio de indeterminación de Heisenberg. El cero absoluto no puede ser alcanzado aunque se han realizado experimentos que se han acercado a unas billonésimas de grado de él.
Nota sabionda: Según la teoría a esa temperatura un gas se solidificaría y se encogería tanto con el frío que llegaría a desaparecer.
Nota sabionda: A temperaturas cercanas al cero absoluto se dan fenómenos especiales en la materia, como son la superconductividad y la superfluidez.
www.sabercurioso.es
Si exhalamos aire con la boca abierta, el aire expulsado es caliente. En cambio, si lo soplamos juntando los labios, el aire expulsado es frío. Esto es algo fácilmente comprobable con un gesto tan sencillo como colocar la palma de la mano frente a la boca y expulsar aire con la boca abierta o prácticamente cerrada. Y es algo tan simple que desde bien pequeñitos aprendemos la diferencia entre el aliento cálido y el soplido fresquito.
Como el aire proviene del interior de nuestros pulmones, se encuentra aproximadamente a la temperaturea corporal y al dejarlo salir sin cortapisas por la boca abierta, es aire caliente. Útil para empañar el cristal de unas gafas antes de limpiarlas, calentar las manos ateridas de frío o intentar subir la temperatura del termómetro para simular fiebre.
La sola modificación de la abertura bucal le imprime más velocidad, sin que hagamos ningún esfuerzo suplementario. Así soplamos velas, obtenemos pompas de jabón o hacemos girar un molinillo de papel. Pero también baja su temperatura, lo que nos es muy útil para enfriar la sopa o un guiso demasiado calientes, para calmar la piel en una pequeña quemadura o el escozor del alcohol en una herida.
Pero… ¿a qué se debe ese cambio de temperatura?
Cuando soplamos mantenemos la boca casi cerrada, de forma que el aire se ve obligado a salir por una abertura mucho más estrecha. Y cuando un fluido con caudal constante pasa de un conducto de mayor sección a otro de menor, necesariamente su velocidad aumenta, según nos indica la dinámica de fluidos, en concreto el efecto Venturi. Y si la energía cinética, que viene determinada por la velocidad, aumenta, la energía determinada por el valor de la presión ha de disminuir forzosamente, según el teorema de conservación de la energía o principio de Bernoulli.
Al encontrarse fuera de la boca y a presión más reducida, el aire se expande. El efecto Joule-Thomson nos dice que si un gas se expande libremente, su temperatura disminuye, pues la distancia entre sus moléculas es mayor y su energía se diluye en un mayor volumen. Por tanto, el aire del soplido tiene una temperatura inferior a la del aliento.
Nota sabionda: A la hora de soplar para enfriar, por ejemplo, una taza de café, el mecanismo es más complejo. Las moléculas del líquido caliente tienen más energía. Al moverse más rápidamente chocan con mayor frecuencia con las moléculas del aire que está sobre el líquido, transmitiéndoles su energía y su calor. Por ello la parte superior del líquido se enfría.
El calor dilata los cuerpos, lo que hace que su volumen aumente, pero como su masa se mantiene igual esto significa que su densidad disminuye. Comoquiera que el líquido del fondo es menos denso que el de la superficie que ya se ha enfriado, el líquido más caliente sube y sustituye al frío y el proceso se repite. Es un mecanismo llamado de convección.
Al soplar sobre el líquido caliente sustituimos el aire que está en contacto con él, y por ello un poco más caliente que el resto, por un aire más frío, creando una diferencia térmica mayor entre el aire y el líquido que la que habría si dejáramos que se enfriara solo. Este proceso, que acelera el enfriamiento, recibe el nombre de convección forzada.
www.sabercurioso.es
Al comer picante nos lloran los ojos, se nos enrojece el rostro y hasta nos gotea la nariz. Y aún así seguimos diciendo que no pica. ¿No? Pues sí, sí que pica… y mucho.
Las guindillas, el chile, el ají, los pimientos… son todos ellos variedades pertenecientes a la familia de las solanáceas. Las pimenteras son plantas arbustivas de flor blanca y pequeña, y en su interior crece el fruto carnoso y repleto de semillas. Los hay de todos los tamaños (de 2 a 30 cm), colores (verde, rojo, amarillo, anaranjado) y sabores (de dulce a terriblemente picante).
Los botánicos afirman que el origen del fruto hay que buscarlo en el Nuevo Mundo y que desde allí los exploradores lo trajeron a Europa, para pronto popularizarse en todo el mundo.
Pero vayamos a la cuestión: ¿por qué nos pican los ojos hasta lagrimear? ¿por qué sentimos un fuerte ardor en boca y lengua? ¿por qué enrojecemos? ¿por qué estimulan el flujo nasal hasta moquear?
Todos estos efectos los provoca la capsaicina (8-metil-N-vanillil-6-nonenamida), una proteína cristalina que estas variedades contienen en cantidad significativa y que estimulan las membranas mucosas y la vasodilatación.
Así es, cuando la capsaicina entra en contacto con los terminales nerviosos de boca y lengua, su carácter irritante es interpretado por el cerebro como señal de peligro y desencadena una serie de mecanismos destinados a paliar su efecto: el ritmo cardíaco se acelera, fluye la adrenalina y se dilatan los vasos sanguíneos.
Esta respuesta que pretende bajar la temperatura y contrarrestar el ardor tiene los efectos antes mencionados: enrojecimiento del rostro, goteo de la nariz y lloriqueo de los ojos.
Nuestro cerebro también libera endorfinas —calmantes naturales del organismo— al percibir dolor y tomar consciencia de un posible riesgo de lesión, lo que explica la sensación placentera que en ocasiones se experimenta al comer algo muy picante.
Para neutralizar el ardor en la boca no es recomendable beber agua, pues la capsaicina no es soluble en ella. Los métodos más eficientes son ingerir azúcar, aceite o leche, ya que la caseína de la leche rodea la molécula volviéndola ineficaz; comer pan también ayuda porque remueve de forma mecánica la capsaicina.
Nota sabionda: La capsaicina se utiliza para tratar todo tipo de dolor. Al principio estimula los receptores del dolor, pero después de varias dosis los terminales nerviosos se insensibilizan o incluso mueren. Así una crema de capsaicina se emplea para aliviar el picor de la psoriasis y el ardiente dolor del herpes.
Nota sabionda: La capsaicina también se utiliza como gas lacrimógeno, puesto que en grandes concentraciones puede ser muy tóxica.
Nota sabionda: El farmacéutico Wilbur Scoville creó en 1912 la escala que lleva su nombre para ponderar el grado de ardor. En esta escala el pimiento verde y dulce equivale a 0 unidades de Scoville, el jalapeño a unas 4.000 (aunque puede oscilar entre las 2.500 y las 8.000 dependiento del cultivo, el clima o incluso el terreno), el tabasco y el picante peruano unas 40.000, el habanero anaranjado alrededor de las 300.000, el savinas rojo de la Habana alcanza hasta 580.000 y el naga jolokia —variedad originaria de la ciudad de Tezpur al noroeste de la comarca de Assam (India)— que ostenta el récord con 1.041.427 unidades.
En otro orden de cosas, el nivel estándar del aerosol de pimienta —munición irritante del ejército USA— oscila entre los 2.000.000 y los 5.000.000, y la capsaicina pura los 16.000.000 de unidades.
Nota sabionda: Se investiga los efectos de la capsaicina sobre los tumores cancerígenos y se han obtenido resultados alentadores en laboratorio. En efecto, científicos de la Universidad de Nottingham (Gran Bretaña) descubrieron que las vaniloides, la familia de moléculas a la que pertenece la capsaicina, se pega a las proteínas en la mitocondria de la célula cancerosa y genera su muerte celular, sin dañar a las sanas circundantes.
www.sabercurioso.es
Entrada elaborada a partir de la información ofrecida aquí, aquí, aquí y en otros sitios más.
Es un hecho comprobado que la temperatura media mundial aumenta. El masivo uso de combustibles fósiles, el incremento de la actividad industrial, la deforestación y otros aspectos de la actividad humana han incrementado la presencia en la atmósfera de dióxido de carbono, de óxido de nitrógeno y de otros compuestros como los clorofluocarbonados que atacan la capa de ozono y que han provocado el efecto invernadero.
Pero no vamos a hablar ahora de las causas sino del efecto de este aumento de temperatura en los hielos perpetuos de los polos.
El hielo de los casquetes polares se derrite de forma cada vez más acelerada. El volumen de hielo polar que se derrite como consecuencia del calentamiento global se ha duplicadpo en los últimos 13 años. Y se derrite más rápidamente —entre 3 y 4 veces— en el polo norte que en el polo sur, debido a que el hemisferio norte está más poblado y en él se emiten más agentes contaminantes.
Si todo el hielo se derritiera, el nivel del mar subiría. Hay varias estimaciones, pero los cálculos se sitúan alrededor de los 100 metros, suficiente para inundar muchas grandes ciudades costeras y para afectar a un alto porcentaje de la población mundial.
Pero contra lo pudiera parecer de entrada, es diferente que el hielo proceda de un polo o de otro. El del Polo Norte no aumentará el nivel del mar y el del Polo Sur sí. ¿Cómo es eso?
El hielo del Polo Norte está en gran parte flotando en el agua, pues el agua al congelarse se expande cerca de una undécima parte de su volumen, de manera que la misma cantidad de moléculas ocupan un espacio mayor. Así el hielo deviene menos denso que el agua y por ello flota.
Pero cuando se derrite, se contrae hasta su volumen original, que es exactamente equivalenrte a la parte del hielo que se mantiene sumergida bajo el agua. Y si ocupa el mismo volumen, el nivel del mar no aumenta.
Por contra, el hielo del Polo Sur, el de la Antártida está sobre tierra y su deshielo sí que aumentaría el nivel del mar. Igual ocurriría con el de Groenlandia, pues son un volumen añadido.
Para comprobar este punto nada más fácil que un sencillo experimento: poner un cubito de hielo en un vaso con agua y luego, con cuidado, llenar el vaso hasta el borde de agua, de tal manera que quede el vaso lleno al máximo sin rebosar y con el cubito de hielo flotando. El hielo se derretirá pero el agua no rebasará el borde del vaso.
Nota sabionda: Se estima que la temperatura media de la Tierra crecerá durante el siglo XXI entre 1 y 3,5º C, el mayor cambio climático de los últimos 10.000 años.
Respuesta a una consulta de viky
www.sabercurioso.es
Entrada elaborada a partir de la información ofrecida aquí, aquí, aquí y en otros sitios más.
Aún estando a la misma temperatura notamos más fría la cerámica que la madera. Algo fácilmente comprobable andando descalzo por suelos de ambos tipos.
Para evitar esa sensación de frío en algunos cuartos de baño se instalan suelos de madera en lugar de los suelos de cerámica tradicionales.
Pero ¿por qué parece estar más fría la piedra que la manera si en realidad están a la misma temperatura ambiente?
Cuando dos materias están en contacto, la energía térmica se desplaza desde la más caliente a la más fría hasta que ambas temperaturas se equilibran. Si la temperatura del cuerpo es de unos 37ºC y la del cuarto de baño (incluido el piso) de unos 22ºC, la diferencia térmica es de unos 15ºC. Entonces, al menos en teoría, el calor del cuerpo debería pasar a través de los pies desnudos hacia el suelo hasta lograr el equilibrio.
La cerámica, la piedra o el mármol tienen una elevada conductividad térmica, lo que significa que la temperatura del cuerpo fluirá con mayor rapidez que en el caso de un suelo de madera. Pero como el calor de una persona no basta para caldear el suelo, al estar un rato en contacto con él, acabará por acusar la bajada de temperatura.
Por contra, la madera es peor conductor térmico y el calor fluye hacia el suelo de forma más lenta, dando la sensación de estar más caliente.
Nota sabionda: La conductividad térmica es una propiedad de los materiales que dice cuan fácil es la conducción de calor a través de ellos. Es elevada en metales y en general en cuerpos continuos, y es baja en los gases y en materiales iónicos y covalentes, siendo muy baja en algunos materiales especiales como la fibra de vidrio, que se denominan por eso aislantes térmicos.
Nota sabionda: El coeficiente de conductividad térmica de la madera tipo aglomerado es de 0,06, el de la madera es de 0,13 y el de la baldosa cerámica es de 0,7. Otros materiales presentan otros valores: el acero 45, el aluminio 200, la fibra de vidrio de 0,03 a 0,07 y el amianto 0,04.
¿Por qué huelen los pies? Y es más… ¿por qué lo hacen con un olor tan desagradable?
Aunque todo el mundo suda por la planta de los pies —que es una zona de sudoración al igual que las axilas— no a todo el mundo le huelen los pies, o no en la misma medida. En algunos casos el olor llega a ser repelente.
Este transtorno de la sudoración por la presencia de sustancias malolientes es conocido por los dermatólogos como bromhidrosis. Aunque puede que estos compuestos indeseables sean directamente secretados por las glándulas sudoríparas, o que los olores provengan de una infección por hongos, lo más habitual es que sean producidos al interaccionar el sudor con los microorganismos instalados en la piel y en el material del calzado.
Al mantenerse los pies encerrados en los zapatos, la falta de ventilación, la humedad y el calor, conforman un ambiente muy apto para la proliferación de bacterias y hongos, que se multiplican con suma rapidez sobre la piel caliente y húmeda.
Estos microorganismo metabolizan las toxinas y demás sustancias de desecho del sudor y como resultado se desprende el hedor que se concentra en los calcetines y el zapato, que llega a oler peor que el propio pie.
Una buena higiene, mantener los pies secos el mayor tiempo posible, prendas (calcetines o medias) secas y limpias cambiadas con frecuencia, airear el calzado y permitir que los pies transpiren, serán suficientes medidas de prevención para evitar ese olor tan molesto.
La explosión de una bomba atómica o nuclear toma la forma de un hongo nuboso. Le champignon atomique, que dicen los franceses. Pero… ¿por qué toma esa curiosa forma y no otra?
Esta especie de nube en forma de hongo se forma cuando una explosión genera una burbuja de gas muy caliente —en el caso de la detonación nuclear por una elevada emisión de rayos X que ionizan y calientan el aire circundante— que recibe el nombre de bola de fuego.
El aire caliente pesa menos al estar más excitadas —con más energía— y separadas sus moléculas y por ello sube y se expande. Al ser un cambio muy repentino y muy extremo, el aire muy caliente sube con mucha velocidad creando una corriente ascendente muy intensa y arrastrando más aire y materiales con él, formando el pie del hongo nuboso.
En la parte dentral de la bola de fuego se concentran las temperaturas más altas, lo que causa un movimiento circular de convección al interaccionar con el aire frío de la parte exterior, arremolinando material hacia afuera y hacienco crecer el diámetro del bulbo o cabeza del hongo.
De todas las bombas atómicas, las que forman un ”sombrero” más plano y enorme son las bombas termonucleares o bombas de hidrógeno, cuya bola de fuego sube tan arriba que golpea la tropopausa, que es la frontera entre la troposfera y la estratosfera.
En esta capa atmosférica existe una signifivativa diferencia de temperatura con las dos capas limítrofes ya mencionadas, que impide que éstas se mezclen demasiado. Y así, cuando la bola de fuego llega hasta la tropopausa no cuenta con suficiente calor como para atravesarla, de modo que se aplasta y se expande en horizontal de forma exagerada en lugar de hacerlo en vertical.
Todos esos crujidos y chasquidos de la madera cuando se quema, ese ligero crepitar de los leños en la chimenea puede resultar agradable, incluso sedante. Aunque algunas veces son ruidos tan altos que pueden llegar a sobresaltarnos.
Pero el curioso, además de disfrutar del calor de un buen fuego, se pregunta ¿y de dónde proviene ese ruido?
Cuando se arroja un leño al fuego, lo primero que se evapora es el agua contenida en la corteza exterior, pues es allí donde primero se notan los efectos del calor. Al evaporarse el agua, los elementos sólidos comienzan a contraerse, comprimiendo así el agua contenida en el interior de la madera.
Cuando esta tensión es lo suficientemente fuerte la capa exterior se raja para seguir contrayéndose, produciendo un chasquido. Ahora la parte interior queda expuesta al fuego y se convierte en capa exterior y el proceso se repite.
El chasquido verdaderamente fuerte, se produce por el agua que está tan profunda dentro de la madera que no se puede escapar, a pesar de haberse convertido en gas por el calor. Como el vapor de agua tiene mayor volumen que el agua líquida aumenta la presión y cuando se produce una grieta en la madera por el efecto antes descrito, éste se libera con una pequeña explosión.
La teroría más aceptada acerca de la causa de la extinción de los dinosaurios es la caída de un cuerpo celeste sobre la Tierra que impactó hace unos 65 millones de años al norte de la península del Yucatán, como ya vimos.
Según publica la revista científica británica Nature, un grupo de científicos encabezados por William Bottke, del Instituto de Investigaciones del Suroeste, en Boulder (EEUU), afirma haber descubierto la procedencia de la roca gigantesca que causó un catalismo climático que acabó con los dinosaurios y otras miles de especies de finales del Cretáceo.
La ruptura por colisión con otro cuerpo, hace unos 160 millones de años, de un asteroide de 170 kilómetros de diámetro llamado Baptistina —descubierto en 1980— sería la causa, cien millones de años después de la lluvia de escombros que impactó nuestro planeta y del fragmento que causó el cráter Chicxulub de unos 200 km de diametro en el golfo de México.
Los resultados de sus simulaciones informáticas otorgan a esta afirmación más de un 90% de probabilidad. Y además concluyen que esta colisión formó parte de un proceso más extenso que afectó a todo el Sistema Solar pudiendo ser el origen —con un 70% de probabilidad— del cráter Tycho, de 85 km de diámetro, en la Luna y otros cráteres gigantes en Venus y Marte.
Asimismo, la investigación indica que la lluvia creada por el asteroide podría se la fuente de aproximadamente un tercio de los objetos que actualmente rodean la Tierra.
La fórmula del agua es archiconocida: H2O. Ello significa que cada átomo de oxígeno está unido a dos átomos de hidrógeno formando una molécula. Y, a su vez, los átomo de hidrógeno de una molécula de agua son atraídos por los átomos de oxígeno de otra mediante unas fuerzas de atracción conocidas como enlaces de hidrógeno.
Estas fuerzas son mucho más fuertes que las fuerzas que unen las moléculas de los hidrocarburos, dando lugar a un punto de ebullición mucho más alto de lo que cabría esperar en una sustancia del peso molecular del agua, un alto calor específico y un alto calor latente de vaporización.
Cuando se eleva la temperatura del agua, las moléculas deben vibrar más rápido y para hacerlo deben romper los puentes de hidrógeno entre las moléculas, lo que supone que debe absorber grandes cantidades de calor. Comparada con otros líquidos, el agua necesita que entre una cantidad de energía relativamente grande para elevar la temperatura.
El calor de vaporización (energía necesaria para mover moléculas de la fase líquida a la fase gaseosa a temperatura constante) del agua es el mayor valor conocido para cualquier líquido. Para evaporar 1 gr de agua se requieren 540 cal a 20 ºC.
Debido al alto calor de vaporización, la evaporación que ocurre durante la transpiración, tiene un notable efecto enfriador y la condensación tiene efecto de calentamiento.
Por contra, su temperatura desciende más lentamente que la de otros líquidos a medida que va liberando energía al enfriarse.
Una buena manera de comprobar este “hambre” de calor del agua es la de poner al fuego un vaso de papel con agua en su interior. ¿Crees que el papel arderá? Sin duda lo haría si no contuviera agua, pero el agua absorberá todo el calor proporcionado, incluso llegará a la ebullición mientras impide que el papel arda. Se ennegrecerá, eso sí, pero arder, no arderá.
Para confeccionar el vaso de papel puedes seguir las instrucciones del siguiente diagrama:
Nota sabionda: Una sustancia con el peso molecular del agua debería existir en forma gaseosa a temperatura ambiente, y tener un punto de fusión de -100 ºC. Sin embargo es lìquida a temperatura ambiente y funde a 0 ºC.
Nota sabionda: El calor específico o capacidad calorífica de una sustancia es la energía calórica necesaria para elevar en 1ºC la temperatura de dicha sustancia. La unidad estándar es la caloría que es la cantidad de energía necesaria para elevar la temperatura de 1 gr de agua en 1ºC.
