Por calor

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

• Fisika

Imos a París paira empezar ben a viaxe ao redor da calor. E despois de chegar a París, por onde empezar si non é desde a torre Eiffel? Con todo, antes de irse e dado que somos moi curiosos, adquirimos una guía paira, entre outras cousas, saber que a lonxitude desta torre é de trescentos metros. Pero enseguida ocorreunos una pregunta: cando o mediron? No inverno ou no verán? É dicir, cando fai calor ou frío en París? Este gran torreón de ferro non será, pois, a mesma temperatura.

Sabemos que ao subir una cuña de trescentos metros de ferro cun grao estírase aproximadamente 3 mm. Por tanto, a torre Eiffel funcionará de forma similar cando a temperatura cambie. Si en París soa o sol, cando fai calor a torre de ferro quéntase, por exemplo, até os +40ºC, mentres que cando o día é chuvioso e frío, a temperatura pode chegar aos 0º C, mesmo máis abaixo. Por tanto, e a modo de exemplo, se a diferenza de temperatura é de 40ºC, a lonxitude da torre Eiffel pode variar en 3 mm/ ºC x 40ºC = 120 mm, é dicir, 12 cm.

Co fin de comprobar todo o anteriormente exposto, realizáronse medicións directas na torre Eiffel. Paira iso empregouse un arame fino de aliaxe especial, denominada “inbar”, formada por aceiro e níquel, cuxa lonxitude apenas varía coa temperatura. Como se pode pensar, o devandito na teoría demostrouse na realidade. Por iso, a cima da Torre Eiffel en días cálidos é, aproximadamente, dez centímetros máis alta que en días fríos. Ademais, a “posta” dunha parte de ferro de dez centímetros non supón ningún custo paira ninguén, é dicir, xérase do “baleiro”. Que marabilla!

Aforro de vasos

Antes de tirar o café quente á cunca, sempre metemos una culleriña no interior da cunca e mellor si é de prata. Desta forma afórrase moito. En casa facémolo por simple costume, pero ten iso una costume sen motivos científicos ou sen razón? Cando a miúdo botamos auga moi quente nas cuncas ou vasos habemos visto que rompen. Imos analizar a causa deste fenómeno.

A base deste fenómeno radica na diferente dilatación do vidro. Cando se verte auga quente a un vaso, a parede do vaso non se quenta da mesma maneira en todo o seu espesor, é dicir, mentres a capa interna quéntase inmediatamente, o exterior segue frío. Por tanto, a capa interna quentada comeza a dilatarse, pero non a externa. Iso xera una gran presión a través da parede, una clase tan coñecida ! escoitámolo … e o vaso rompe en mil pedazos.

Que ninguén pense que comprando vasos máis grosos descartará o problema, que ocorrerá ao revés. Os vasos grosos son máis débiles que os finos neste fenómeno e rompen máis facilmente. Non é difícil comprender que cando as paredes son finas, o equilibrio térmico conséguese máis rápido e a dilatación de todas as capas é practicamente a mesma, mentres que nos vasos de parede grosa este fenómeno dáse ao revés.

Pero si elixes aos lectores vasos de parede fina, lembra que o fondo tamén debe ser delgado. Cando botamos auga quente é o fondo o que se quenta especialmente e si é groso, aínda que as paredes sexan moi finas, o recipiente rompe igual.

A medida que as paredes dun recipiente de vidro sexan máis delgadas, podemos quentalas con maior seguridade. Os químicos utilizan recipientes de vidro con paredes moi finas e ponse ao lume con auga fervendo sen medo a romper.

Como podemos pensar, o mellor envase sería o que ao quentarse non tivese ningunha dilatación. A dilatación do cuarzo é mínima, case vinte veces menor que o vidro. Podemos quentar todo o que queiramos un recipiente de cuarzo e non se nos rompe. Una vez colocado o recipiente en posición incandescente, mergúllase en auga fría e seguirá exactamente igual. Isto débese, por unha banda, ao devandito anteriormente, que o coeficiente de dilatación do cuarzo é moi baixo e, por outro, a que a conductividad térmica deste material é moito maior que a do vidro, polo que o equilibrio térmico conséguese rapidamente no seu interior.

Xa vimos por que rompen os envases ao quentar o agudo, pero outro tanto ocorre si arrefriámolos bruscamente. Se metemos un recipiente de vidro moi quente no xeo, a capa externa arrefriarase inmediatamente, pero non a interna, polo que mentres o exterior vaia diminuíndo, o outro seguirá igual, xerando presión e rompendo o recipiente. Por iso, se almacenamos a comida quente nun recipiente de vidro, non a enfríemos meténdoa en auga fría, xa que o risco de rotura é moi alto.

Antes mencionamos as culleriñas, por que? Por que se recomenda colocar as culleriñas nos recipientes antes de botar auga quente?

Como vimos, a causa da rotura do vidro é o salto térmico entre diferentes capas, xa que cando é grande a presión tamén será elevada. Cando a diferenza é pequena, practicamente todas as capas quéntanse á vez e non se produce ningunha redución. Esta é a vantaxe da auga morna: o pequeno salto térmico que produce a auga amornada entre as diferentes capas. E as culleriñas? Cando o líquido cae ao fondo do recipiente, o vidro, cun condutor térmico deficiente, ten a posibilidade de dar parte da súa calor á culleriña, que é metálica e por tanto bo condutor térmico. Con iso diminúe lixeiramente a temperatura do líquido e o líquido que entra en contacto coa parede do recipiente está máis tépedo que a calor.

Agora podemos seguir botando café quente sen perigo de rotura, porque a cunca na súa totalidade tivo a posibilidade de quentar un pouco (ou moitos). En definitiva, metendo as culleriñas metálicas no vaso, retarda o salto do quecemento, evitando que rompa a cunca.

E por que mellor una culleriña de prata? Iso tamén é moi fácil de entender. A prata é un condutor de calor moi boa, polo que toma calor da auga moito máis rápido que outros materiais. Por iso, se as culleriñas de prata están metidas no café quente e collémolas cos dedos, queimarémonos, pero con outros materiais, como o cuprés, non nos pasará. A pesar de que a culleriña que che puxeron encima da mesa co café parece ser fermosa, podes saber si é de prata ou non: se te fumas, prata; se non, quen sabe!