Per calor

1996/06/01 Bandres Unanue, Luis Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Fisika

Anem a París per a començar bé el viatge al voltant de la calor. I després d'arribar a París, per on començar si no és des de la torre Eiffel? No obstant això, abans d'anar-se i atès que som molt curiosos, hem adquirit una guia per a, entre altres coses, saber que la longitud d'aquesta torre és de tres-cents metres. Però de seguida ens ha ocorregut una pregunta: quan ho han mesurat? A l'hivern o a l'estiu? És a dir, quan fa calor o fred a París? Aquesta gran torrassa de ferro no serà, doncs, la mateixa temperatura.

Sabem que en pujar un tascó de tres-cents metres de ferro amb un grau s'estira aproximadament 3 mm. Per tant, la torre Eiffel funcionarà de manera similar quan la temperatura canviï. Si a París sona el sol, quan fa calor la torre de ferro s'escalfa, per exemple, fins als +40 °C, mentre que quan el dia és plujós i fred, la temperatura pot arribar als 0 °C, fins i tot més a baix. Per tant, i a tall d'exemple, si la diferència de temperatura és de 40 °C, la longitud de la torre Eiffel pot variar en 3 mm/ ºC x 40 °C = 120 mm, és a dir, 12 cm.

Amb la finalitat de comprovar tot l'anteriorment exposat, s'han realitzat mesuraments directes a la torre Eiffel. Per a això s'ha emprat un filferro fi d'aliatge especial, denominada “inbar”, formada per acer i níquel, la longitud del qual a penes varia amb la temperatura. Com es pot pensar, el que s'ha dit en la teoria s'ha demostrat en la realitat. Per això, el cim de la Torre Eiffel en dies càlids és, aproximadament, deu centímetres més alta que en dies freds. A més, la “posada” d'una part de ferro de deu centímetres no suposa cap cost per a ningú, és a dir, es genera del “buit”. Quina meravella!

Estalvi de gots

Abans de tirar el cafè calent a la tassa, sempre fiquem una cullereta a l'interior de la tassa i millor si és de plata. D'aquesta forma s'estalvia molt. A casa ho fem per simple costum, però té això un costum sense motius científics o sense raó? Quan sovint tirem aigua molt calenta en les tasses o gots hem vist que es trenquen. Analitzarem la causa d'aquest fenomen.

La base d'aquest fenomen radica en la diferent dilatació del vidre. Quan s'aboca aigua calenta a un got, la paret del got no s'escalfa de la mateixa manera en tot el seu gruix, és a dir, mentre la capa interna s'escalfa immediatament, l'exterior segueix fred. Per tant, la capa interna escalfada comença a dilatar-se, però no l'externa. Això genera una gran pressió a través de la paret, una classe tan coneguda ! ho escoltem … i el got es trenca en mil trossos.

Que ningú pensi que comprant gots més gruixuts descartarà el problema, que ocorrerà a l'inrevés. Els gots gruixuts són més febles que els fins en aquest fenomen i es trenquen més fàcilment. No és difícil comprendre que quan les parets són fines, l'equilibri tèrmic s'aconsegueix més ràpid i la dilatació de totes les capes és pràcticament la mateixa, mentre que en els gots de paret gruixuda aquest fenomen es dóna a l'inrevés.

Però si tries als lectors gots de paret fina, recorda que el fons també ha de ser prim. Quan tirem aigua calenta és el fons el que s'escalfa especialment i si és gruixut, encara que les parets siguin molt fines, el recipient es trenca igual.

A mesura que les parets d'un recipient de vidre siguin més primes, podem escalfar-les amb major seguretat. Els químics utilitzen recipients de vidre amb parets molt fines i es posen al foc amb aigua bullint sense por de trencar-se.

Com podem pensar, el millor envàs seria el que en escalfar-se no tingués cap dilatació. La dilatació del quars és mínima, gairebé vint vegades menor que el vidre. Podem escalfar tot el que vulguem un recipient de quars i no se'ns trenca. Una vegada col·locat el recipient en posició incandescent, se submergeix en aigua freda i continuarà exactament igual. Això es deu, d'una banda, al que s'ha dit anteriorment, que el coeficient de dilatació del quars és molt baix i, per un altre, al fet que la conductivitat tèrmica d'aquest material és molt major que la del vidre, per la qual cosa l'equilibri tèrmic s'aconsegueix ràpidament en el seu interior.

Ja hem vist per què es trenquen els envasos en escalfar l'agut, però un altre punt ocorre si els refredem bruscament. Si fiquem un recipient de vidre molt calent en el gel, la capa externa es refredarà immediatament, però no la interna, per la qual cosa mentre l'exterior vagi disminuint, l'altre seguirà igual, generant pressió i trencant el recipient. Per això, si emmagatzemem el menjar calent en un recipient de vidre, no l'enfríemos ficant-la en aigua freda, ja que el risc de trencament és molt alt.

Abans hem esmentat les culleretes, per què? Per què es recomana col·locar les culleretes en els recipients abans de tirar aigua calenta?

Com hem vist, la causa del trencament del vidre és el salt tèrmic entre diferents capes, ja que quan és gran la pressió també serà elevada. Quan la diferència és petita, pràcticament totes les capes s'escalfen alhora i no es produeix cap reducció. Aquesta és l'avantatge de l'aigua tèbia: el petit salt tèrmic que produeix l'aigua temperada entre les diferents capes. I les culleretes? Quan el líquid cau al fons del recipient, el vidre, amb un conductor tèrmic deficient, té la possibilitat de donar part de la seva calor a la cullereta, que és metàl·lica i per tant bon conductor tèrmic. Amb això disminueix lleugerament la temperatura del líquid i el líquid que entra en contacte amb la paret del recipient està més temperat que la calor.

Ara podem continuar tirant cafè calent sense perill de trencament, perquè la tassa íntegrament ha tingut la possibilitat d'escalfar una mica (o molts). En definitiva, ficant les culleretes metàl·liques en el got, alenteix el salt de l'escalfament, evitant que es trenqui la tassa.

I per què millor una cullereta de plata? Això també és molt fàcil d'entendre. La plata és un conductor de calor molt bona, per la qual cosa pren calor de l'aigua molt més ràpid que altres materials. Per això, si les culleretes de plata estan ficades en el cafè calent i les agafem amb els dits, ens cremarem, però amb altres materials, com el cuprés, no ens passarà. A pesar que la cullereta que t'han posat damunt de la taula amb el cafè sembla ser bella, pots saber si és de plata o no: si et fumes, plata; si no, qui sap!