Divulgarción Científica: Algunas curiosidades del «calor» antes de que nos mate a todos – Capítulo I

¿Alguna vez vieron la caricatura de Scooby-Doo?, siempre cuando el perro miedoso y su grupo de amigos atrapaban al culpable lo desenmascaraban y lo veían a la cara, dejando en claro que no existían fantasmas, monstruos y todas esas mierdas que asustaban a la gente, siempre eran personas haciéndose pasar por esos entes.

En las películas, series y demás siempre hacen eso, hay una fijación entre la víctima y el asesino de mirarse a los ojos mutuamente antes de que caiga el último machetazo que pondrá fin a la vida de la víctima, siempre hay necesidad de morir sabiendo quien fue el hijo de puta que nos quitó la vida.

Por eso mis amados lectores, dado que Chihuahua ─la ciudad donde vivo─ está alcanzando temperaturas increíblemente elevadas. Me veo en la necesidad de escribir este artículo de mi serie #DivulgarciónCientífica con la única finalidad de que cuando estemos todos desplomados en la calle por «el calor», bueno, al menos sepamos exactamente quién y cómo funciona ese hijo de puta que nos mató a todos.

Cabe destacar que al igual que todos mis artículos de esta serie, prescindiré de cálculos tediosos y todas esas mierdas que pueden llegar hacerte creer que no se puede entender nada de la ciencia sin saber matemáticas. Y claro, la serie de artículos estará enfocada en los mecanismos de cómo «el calor» nos puede matar si nos descuidamos.

Sin más que aclarar de momento vamos a ello.

.  .  .

Como en todo curso de termodinámica de jardín de niños, debemos iniciar haciendo una diferencia entre calor y temperatura, no es que yo quiera, la verdad a mí me importa una mierda si tú usas o no estos términos de forma correcta, el problema es que no faltará el físico puritano hijo de puta que venga a mi blog a decirme que soy un hereje por utilizar dichos términos de una forma tan burda e indiscriminada ─ya me pasó con la diferencia entre masa y peso─, así que para evitar esas confrontaciones que al final del día igual me importan una mierda, aquí te las dejo:

La energía se manifiesta de muchas formas, una de ellas es el calor, que no es otra cosa que una energía que se transfiere de un sistema a otro siempre y cuando exista una diferencia de temperatura. Esto ya de entrada suena algo confuso porque la misma definición utiliza las dos palabras: Calor y temperatura.

Mi amado lector, no te asustes, créeme que vamos a llegar a una conclusión, pero tendrás que ser paciente. No es culpa mía, es culpa de todos esos científicos que siempre se han agarrado de los pelos para definir las cosas, de hecho, si agarras cualquier libro de física general, termodinámica, fisicoquímica u otros parecidos, siempre te vas a topar con un párrafo que dice: «El calor siempre ha sido difícil de definir, estamos muy pendejos», y sí, créeme que es difícil, pero bueno, ese será el reto de esta primera parte del texto, así que o tienes paciencia o te largas sin que yo te devuelva un centavo de todo lo que no me pagaste. Claro, si te vas ahora serás uno de esos legos de la ciencia a los que una minoría ─los científicos─ miran con desdén por no saber utilizar dichas terminologías de forma apropiada. ¡Dios nos libre de no agradar a las minorías!

Vamos a tomar al toro por los cuernos partiendo del otro término:

Toda la materia está constituida por pequeñas partículas, átomos o moléculas (no entremos en detalles), estas partículas están en constante movimiento, es decir, tienen una determinada «energía cinética» asociada.

La energía cinética no es otra cosa que la energía que posee un cuerpo debido a su movimiento, y depende dos cosas: Su masa y su velocidad. Aquí tienes una fórmula bien atractiva que la describe:

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De ella podemos concluir lo siguiente: Entre más velocidad tenga un determinado cuerpo, mayor será su energía cinética, y claro, entre más masa tenga determinado cuerpo también mayor energía cinética tendrá.

Podemos hacer un experimento mental: ¿Qué prefieres?, ¿Un golpe con un algodón de dulce a una velocidad de 10 km/h o un golpe con un martillo a esa misma velocidad?, creo que no necesitamos ir al laboratorio para comprobar tu respuesta, la intuición nos dice que el golpe que te vas a llevar con el martillo supera con creces al algodón, ¿la razón?, la masa.

¿Por qué hago esta explicación?, bueno, formalmente la temperatura se define como la energía cinética promedio que tienen las partículas que constituyen un determinado sistema.

¿Lo notas?, ahora la temperatura es una medida del movimiento, ¡toma esa! Esto no es razón para asustarse. El hecho de que las cosas tengan una determinada temperatura a pesar de que tú no ves que se muevan no quiere decir que no lo hagan.

Recuerda que hay varios tipos de movimientos, las partículas que constituyen a los gases y los líquidos están en un constante movimiento (fluyen), ¿pero los sólidos?, pues también. El problema es que las partículas que constituyen a los sólidos están «enlazadas», por ende, el movimiento que experimentan es «vibracional», como si bailaran en la silla, a menos que se caliente algo lo suficiente como para romper esos enlaces, es allí cuando un sólido experimenta un cambio de fase. El ejemplo más intuitivo a éste fenómeno es cuando observas como se derrite un hielo ─cambio de sólido a líquido─.

De hecho aquí viene algo hermoso de la termodinámica: Ahora que sabemos que la temperatura es una medida de la energía cinética promedio que tienen las partículas que constituyen un cuerpo, podemos imaginar que cuando algo está «caliente» sus partículas se están moviendo más rápido. Por esa razón cuando pones a calentar agua llega un punto en el que la misma se empieza a mover (hervir), ¡eso es debido a que la energía cinética está incrementando, se están moviendo más rápido las moléculas de agua!

Y ahora viene una pregunta que va con la finalidad de joderte la existencia y comprobarte que no has entendido absolutamente nada a pesar de las pistas que se te han dado:

Como ya mencioné, la temperatura es una medida de la energía promedio de las partículas de un sistema, entre más se mueven mayor energía hay, por ende, ¿qué tiene más energía?, ¿un vaso de agua a 100°C o el agua de una bañera a 25°C?, dado que el vaso de agua tiene mayor temperatura podemos pensar que es el que mayor energía tiene, pero eso sería cometer el mismo error que yo cometí día tras día en mis clases de termodinámica.

El secreto es que también depende de la masa, una bañera tiene mucha más agua de la que hay en un vaso. La energía que tiene una bañera es mucho mayor, ¡toma esa!, en contra de la intuición, la magia de la naturaleza una vez más demostrándonos que estamos bien pendejos.

Pero, ¿por qué pasó esto?, ¿por qué nos equivocamos de esta forma?, ¿por qué la naturaleza va en contra de nuestra intuición?, mira, aquí el secreto está en la palabra promedio. El promedio ─también llamado media aritmética─ se podría definir de forma vaga como el valor hacía el que tienden una serie de mediciones o datos. Supongamos que tú sacaste las siguientes calificaciones:

6, 6, 7, 8, 6, 6, y 8.

Y claro, también suponemos que eres un estudiante pésimo (no me estoy proyectando).

Ahora saquemos un promedio y grafiquemos (recuerda que un promedio es la suma total de los elementos entre el número de elementos):

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De la gráfica podemos ver como la mayor parte de los datos tienden hacía el valor de 6.5, pero eso no implica que todos tengan ese valor, de hecho, bien podríamos haber tenido una calificación de 10 o una de cero, ¿estás de acuerdo?, lo mismo pasa con los miles de millones de partículas que puede haber en un vaso de agua, en una bañera o en una piscina. Cuán mayor sea el número de partículas el promedio disminuirá, pero eso no quiere decir que tengan menos energía, al contrario, es obvio por la cantidad de masa pensar que, a mayor masa (más partículas) mayor energía térmica tendrá nuestro sistema.

Con estas ideas no tan profundas y demasiado vagas creo que queda un poco más claro lo que es la temperatura.

Nosotros no podemos medir la temperatura de forma intuitiva, cuando tocas un objeto normalmente puedes decir que está caliente o está frío, pero no dices: «Esto tiene una temperatura de 22 grados», si así fuera no necesitaríamos termómetros y todas esas mierdas.

Nosotros no percibimos la temperatura, pero sí percibimos la transferencia de calor, si no te queda claro no te preocupes, aquí te baila:

¿Alguna vez has escuchado esa frase cuando compran agua que dice: «Deme un agua al tiempo»?, ¿al tiempo de qué carajos?, también se podría traducir como: «Deme un agua a temperatura ambiente».

Dicho de otra forma, lo que se pide es un agua que esté a la misma temperatura que haya ese día, si el día está a 22°C el agua también estará a esa temperatura, ¿por qué?, por el principio cero de la termodinámica, el cual establece a grosso modo que todas las cosas siempre van a tender a estar en equilibrio (compartir la misma temperatura).

La segunda ley de la termodinámica nos dice que la energía tiene un determinado sentido  a la hora en que se transfiere, de hecho, esto lo hace en términos de algo llamado entropía, pero si me pongo a explicarte eso tendríamos que hacer dos capítulos más para esta serie y la verdad no me pagas lo suficiente.

Pero igual te lo voy a dejar claro de una forma bien sencilla:

Por obvias razones ─si has prestado atención─ un hielo tiene menor temperatura que un vaso de agua. Si tú pones en contacto el hielo con agua, ¿qué esperarías?, obvio esperas enfriar el agua. Una idea muy pendeja es pensar que el hielo transfiere frío al agua, eso sería ─visto entre la comunidad arrogante y científica─ una señal de retraso mental. No existe tal cosa como el frío, sino más bien una cantidad muy baja de energía térmica.

Por ende, lo que realmente pasa es que el agua ─que tiene mayor energía térmica porque la temperatura así nos lo ha dicho─ transfiere energía al hielo. Eso hace que percibamos cómo el agua se enfría. ¿Lo notas?, hay un sentido para el calor.

Las cosas «calientes» tienden a calentar a las «frías», tan sencillo como eso, nunca te va a tocar poner un hielo en un vaso de agua y que después de un determinado tiempo el hielo esté aún más frío por haber transferido energía al agua, suena estúpido, suena anti-intuitivo. En ese caso enfriar las cosas sería un proceso muy económico, y créeme, no lo es.

¿Y por qué pasa esto?, bueno mi amado lector, esa pregunta más que científica es religiosa. Si algo he aprendido en mis años de joder a mi profesor de física es que preguntarse el porqué de las leyes físicas es preguntarse cosas que salen del entendimiento de la ciencia, ¿por qué el universo funciona de la forma en la cual lo hace?, nadie sabe, al menos no ningún físico, ¿cuál es la respuesta a eso?: «Pues porque sí». Hay una versión más religiosa que dice: «Porque así Dios lo quiso».

Tal vez en otra dimensión o en otro universo las cosas «frías» transfieran energía a cosas calientes, pero en el triste universo en el que vivimos ya descubrimos a las malas que no es así.

En fin, volviendo al tema:

Una vez que entra en contacto el hielo con el agua caliente, la misma transferirá energía al hielo hasta que los dos (tanto el agua como el hielo) cumplan con el principio cero de la termodinámica, es decir, que ambos tengan la misma temperatura, ¡la misma cantidad de energía!, ¡que encuentren el equilibrio!

De aquí podemos retomar la primera definición y verás que ya conociendo lo que es temperatura y lo que es energía está un poco más claro todo:

«Calor es la forma de energía que se puede transferir de un sistema a otro como resultado de la diferencia en la temperatura».

¿Ves cómo no era tan difícil?, la definición de la cual partimos no resultó ser tan complicada si poníamos algunos ejemplos y contemplábamos unas cuantas definiciones más. Si quieres tener las definiciones a la mano y de una forma no tan formales aquí te van:

Temperatura es una medición que nos dice que tan a madre se mueven las partículas que forman la materia, y el calor es ¡energía en movimiento!, al hecho de que un cuerpo que tiene más energía le transfiera a uno cuerpo que tiene menos, lo llamamos calor. Tan sencillo como eso.

¿Recuerdas la parte en la que mencioné que nosotros no «sentimos» la temperatura?, en realidad lo que sentimos es la transferencia de calor. Por eso algunos materiales nos parecen estar más fríos o más calientes que otros. No es que en realidad lo estén, de hecho están en equilibrio termodinámico con el ambiente. Aquí el punto es que los objetos están hechos de distintos materiales, unos son mejores conductores que otros, entre mejor conductor sea el material más frío lo sentirás, esto debido a que la conductividad del material acelera la transferencia de calor y eso nos da una sensación de «frío», ¡es el calor que estás perdiendo!, ¡no!, ¡la energía que estás perdiendo!, recuerda que el calor no se puede tener, porque el calor es una transferencia, no una propiedad.

Supongamos que en una noche de invierno te levantas al baño porque te estás orinando, y claro, supongamos que estás descalzo. Si pones los pies en la cerámica del suelo o en la alfombra tendrás una sensación térmica diferente, pensarás que el suelo está más frío que la alfombra, esto es un error, ambos tienen la misma temperatura por estar en equilibrio termodinámico, ¡principio cero de la termodinámica en todos lados!

Como ya te estarás imaginando si es que has prestado atención: La cerámica es mucho mejor conductor que la alfombra, por ende, al momento en que tu pie está en contacto con la cerámica experimentas una transferencia de calor de tu cuerpo hacía la cerámica, y créeme, será una muy acelerada. Esto debido a que  la cerámica está constituida por óxidos de metales y otras sustancias increíblemente extrañas que no tiene caso mencionar porque te me asustas.

En fin, espero y toda esta sarta de locuras te haya hecho vislumbrar un poco la realidad de la naturaleza, ahora estás armado para burlarte de tu familia y amigos. ¿Nunca te ha regañado tu mamá por dejar el refrigerador abierto?, el argumento siempre es el mismo: «Se sale el frío». Ahora podrás golpear a tu madre y decirle que es una ignorante, pero no lo hagas, porque te van a correr de la casa y vivir bajo un puente no es la mejor manera de aprender termodinámica.

Pero bueno, ya hablamos mucho sobre el calor y la temperatura, te estarás preguntando: ¿Y esto cómo para qué?, bueno, para nada, de hecho no tiene nada que ver con lo que pretendo hablar, pero créeme, serán las bases, sobre ellas armaremos todo un artificio del conocimiento humano, lo haremos sólo para entender porque odiamos el calor del verano.

En los siguientes capítulos vamos a contemplar muchísimas cosas más: Fenómenos meteorológicos, mecanismos de transferencia de calor, bioquímica, fisiología y algunos datos interesantes que intentarán unir todos estos conceptos y definiciones que podrían no parecer estar conectados.

No te asustes, si entendiste esta primera parte las demás serán pan comido, además si no eres muy allegado a la ciencia tendrás un arsenal de datos curiosos para impresionar a tu familia y amigos, y claro, hacerles creer que eres inteligente aunque no lo seas.

Si te gustó o aprendiste algo de provecho para tu desdichada vida no dudes en compartir a quien más confianza le tengas.

Nos vemos en el capítulo II de esta para nada útil historia del calor y de mi odio al verano.

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