la frase del mes

"La física es como el sexo. Seguro que tiene una utilidad práctica, pero no es por eso que lo hacemos" Richard Feynman

El sudor de las botellas

|

Nuestra imaginación se nos anticipa. Uno se muere de sed y reproduce mentalmente esa refrescante "botella de" que poco tiempo después apura en un par de tragos. Escogemos la bebida, la que nos gusta, la que nos apetece; moldeamos su recipiente quizá de una forma más imprecisa, qué más da esto último, no nos interesan los detalles... pero, eso sí, casi desde un principio e inconscientemente le exigimos a nuestra bebida ideal un requisito indispensable: que la superficie de aquello que le sirve de continente se halle húmeda, perlada, como garantía de frescor.

El Principio Cero de la Termodinámica es de perogrullo: cuando dos cuerpos de diferente temperatura se ponen en contacto, los dos acaban a la misma temperatura pasado un tiempo. Es lo que sucede, por ejemplo, con los cubitos de hielo en un vaso de agua. En contacto, los cubitos se deshacen y el agua se refresca. Tanto cubitos como agua han variado su temperatura con respecto al estado inicial: el agua se enfría, los cubitos se calientan. También puede suceder que dos sistemas en contacto alcancen la misma temperatura sin que la de uno de ellos varíe. Si un día caluroso dejamos un vaso de agua fría a la intemperie, se calienta hasta alcanzar la temperatura ambiente, pero la atmósfera no experimenta cambio alguno en su temperatura, como lo hacen los cubitos de hielo.

El mecanismo del que se sirve la naturaleza para que dos o más cuerpos a diferente temperatura puestos en contacto alcancen el mismo valor de la temperatura -lo que se llama estado de equilibrio térmico- es el calor. El calor es energía en tránsito, si se quiere, "temperatura en movimiento". Por eso carece de sentido afirmar que un cuerpo tiene calor, pues el calor no es algo estático. Entonces, si ponemos en contacto un cuerpo de temperatura A con otro de temperatura menor B, se produce una cesión de energía por parte del cuerpo A al B mediante el mecanismo de calor. La energía cedida se traduce en decremento de la temperatura para el objeto que cede y en incremento de temperatura para el objeto que recibe. Cuando se igualan, el tránsito, el calor, cesa. Una analogía muy clarificadora es la de los vasos comunicantes.


Cada vaso representa un objeto; el nivel del agua en cada uno de ellos, su temperatura; el conducto que los une simboliza que están en contacto. ¿Qué sucede? El agua pasa del recipiente A al B hasta que sus niveles se igualan. El agua a través del conducto significa energía en tránsito, calor. Este flujo equilibra los niveles de agua en cada recipiente; equilibra la temperatura de los cuerpos puestos en contacto. En la situación final, los dos vasos contienen agua al mismo nivel, es decir, están a la misma temperatura. El flujo de agua cesa; el flujo energético, el calor, desaparece. De modo que una botella de cerveza sacada de la nevera y puesta sobre la mesa un día de verano intercambia energía con el medio en virtud de su diferencia de temperatura. El medio, a una temperatura sofocante, cede energía a la botella mediante el mecanismo de calor descrito, por lo que la botella aumenta su temperatura. En este caso, no obstante, el medio permanece a temperatura constante. Es como si en el dibujo anterior conectáramos el vaso B... ¡a un vaso infinito!: pasaría agua del vaso infinito al vaso B hasta que quedara a su nivel, pero el nivel del primero permanecería invariable.*

El efecto del descenso de temperatura sobre el aire circundante a la botella de cerveza fresca tiene un efecto inmediato sobre su capacidad de almacenar el vapor de agua que, como sabemos, puede contener el aire... aquello de la humedad del aire, ¿n0?.

Quienes desayunamos leche sabemos que un tazón de colacao/nesquik se chocolatea más si se sirve caliente que si se sirve fría. También nos hemos fijado en que el polvo de cacao y al azúcar se deposita en el fondo en más cantidad en un vaso de leche fría que en uno de leche caliente. Cuanto más caliente está la leche, más cucharadas de colacao/nesquik admite, se pueden disolver en ella, sin que deposite. Esto es debido a la distancia entre las moléculas, que en estas condiciones depende de la temperatura a la que se encuentre el líquido del que forman parte: cuanto mayor sea su temperatura, mayor es la distancia entre sus moléculas constituyentes, lo cual ocasiona que entre ellas pueda ser albergado un mayor número de partículas de cacao en suspensión.

Con el aire y el vapor de agua que contiene sucede algo similar. Cuanto mayor es su temperatura, mayor es el valor máximo de vapor de agua que admite en suspensión. Si la temperatura disminuye, dicho valor disminuye y, como en la leche fría con el cacao, menos vapor de agua admite. Cuando esto sucede en el caso de la leche, en el fondo del vaso se depositan gránulos de azúcar y cacao; en el caso del aire, el agua en estado de vapor condensa y se vuelve líquida, es la forma de deshacerse del agua excedente. Ahora bien, es necesaria una superficie sobre la que condensar dicho excedente.

En el ejemplo que estamos tratando, la botella aporta la superficie. Repasemos:

La botella se encuentra más fría que el medio en el que se encuentra embebida -el aire del comedor sobre cuya mesa la hemos dejado-, por eso el aire le cede energía mediante el mecanismo de calor hasta que sus temperaturas se igualan. Si bien la temperatura de la habitación no varía notablemente por la presencia de la botella, sí lo hace sustancialmente la temperatura del volumen de aire que rodea inmediatamente la botella. Como su temperatura disminuye, su capacidad de contener vapor de agua también; de modo que por el hecho de estar en contacto directo con las paredes de la botella, a esta masa de aire "le cabe" menos agua en forma de vapor... la que sobra, la condensa sobre las paredes de la botella: son las gotitas de agua que perlan su superficie y le confieren ese aspecto tan apatecible.

Sudaditas y entre amigos, mucho mejor

--------------------------------------------------

*Aunque en el desarrollo del artículo no se comenta, se da por sentado que a nadie se le ocurre que del depósito B pasa agua al A; es decir, que un cuerpo frío puesto en contacto con otro caliente espontáneamente se enfría, mientras que el caliente se sigue calentando. Esto sólo puede suceder si obligamos al sistema artificialmente. Al margen de esto, que da para mucho, el chocante comportamiento descrito no sólo contradice la lógica y la experiencia, sino que arremete contra los Principios de la Termodinámica cuyo alcance, sin entrar en detalle, es total, establecen qué puede y no ser en el Universo, fijando, incluso, cuál es la dirección de avance del tiempo que miden nuestros relojes.

6 comentarios:

Fran dijo...
Este comentario ha sido eliminado por el autor.
Fran dijo...

Muy muy bien explicado, la analogía del colacao nunca se me había ocurrido para explicarlo.

Quizás sea de sobresaliente decir que la condensación del agua en la superficie libera una pequeña energía por lo que es preferible dejar las gotitas en paz si queremos mantener nuestro refresco más tiempo frío. Aunque es muy rebuscado.

Algo importante es decir que si que cambia muy muy poco el nivel de un lago si llenamos un vaso, eso si, es despreciable al 100% y por eso consideramos que no lo hace y que tenemos algo "infinito"

:)

J, Salvador dijo...

Buen consejo el de no tocar las gotitas.
Como dices, y teniendo en cuenta que las cosas infinitas no existen, en un lago o lo que se quiera se detectaría cambio... pero, como sabemos la física es el arte de saber aproximar y despreciar. Éste último es el verdadero Principio Cero. ;)

Fran dijo...

Supongamos que la vaca es esférica ;)

Anónimo dijo...

Sólo quería decir que me encanta este blog tanto por sus temas como por sus explicaciones.

Mi sincera enhorabuena :)

Jaime Garcia dijo...

Magnífica exposición, de verdad, hasta me ha entrado ganas de ir a por unas cervezas.....