EL CALOR Y SU TRANSMISIÓN

Todos sabemos desde pequeños diferenciar lo que está frío de lo que está caliente. Sin embargo, nuestro sentido del tacto no puede ser considerado como un buen sensor para realizar estudios del calor. En ocasiones, se equivoca. Vamos a verlo.

Mira a tu alrededor y escoge un objeto metálico y un objeto de madera. Tócalos. ¿Cuál de los dos está más frío?... El Principio Cero de la Termodinámica dice lo siguiente: "Si dos objetos están en equilibrio térmico con un tercero, entonces están en equilibrio térmico entre sí". ¿Qué es el Equilibrio Térmico?... Dos cuerpos están en equilibrio térmico cuando tienen la misma temperatura. Tanto el objeto metálico que has elegido, como el objeto de madera se encuentran en equilibrio térmico con el aire, y por tanto, como nos dice en Principio Cero, están en equilibrio entre sí. Es decir, los dos objetos tienen la misma temperatura que el aire ¿Difícil de creer el Principio Cero y no a tus sentidos?... Fíjate en la siguiente imagen:

La fotografía nos muestra un bloque de aluminio, un bloque de madera y un par de sensores de temperatura. Los dos marcan la misma temperatura, bueno, con una diferencia de 0.1 grados centígrados (dentro de la precisión del instrumento). Como dice el Principio Cero, los bloques de aluminio y madera se encuentran en equilibrio térmico con el aire, y por tanto, tienen la misma temperatura que él.

Perfecto. Pero, ¿por qué siento más frío el bloque de metal que el de madera?... Aquí hay que tener en cuenta dos ideas:
1. Materiales conductores y aislantes del calor.
2. Segundo Principio de la Termodinámica (enunciado de Clausius): "Es imposible un proceso cuyo único resultado sea transferir energía en forma de calor de un objeto a otro más caliente."

Por lo tanto, cuando tocas el bloque de aluminio, como es un buen conductor, el calor se transmite desde tu mano (foco caliente) al aluminio (foco frío). Esa pérdida de calor hace que tengas la sensación de frescor. Por otro lado, cuando tocas el bloque de madera, como es un buen aislante, el calor no se transmite y permanece una sensación de caliente.

Aplicando todas estas ideas, ¿podrías explicar la sensación de frescor cuando nos echamos colonia en las manos, por ejemplo?...

En el siguiente vídeo, se muestra la evolución de dos cubitos hielo. Cada uno ha sido colocado sobre una placa distinta (aluminio y madera). La fusión de uno de los cubitos de hielo, que dura 12 minutos, ha sido acelerada cuatro veces. Con las ideas anteriores, intenta predecir cuál de ellos se derretirá primero, antes de darle al play...

Este experimento, visualmente impactante, tiene mucha miga que extraer:
1. ¿Qué ocurre con la temperatura de los bloques mientras los cubitos de hielo se van derritiendo?...
2. ¿Por qué el cubito de hielo parece derretirse más rápidamente al principio?...

Responderemos a esas cuestiones en otro momento con el uso de los sensores.

Por último, y a la vista de lo observado en el vídeo, ¿se podría explicar por qué antiguamente se trasladaban los bloques de hielo envueltos en paja?...

Bibliografía y material:

“Física para la Ciencia y la Tecnología”. Volumen 1. Paul A. Tipler y Gene Mosca. Editorial Reverté. 5ª Edición.

Sensores de Temperatura y LabQuest de Vernier. Cedidos por el Parque de las Ciencias de Granada.