miércoles, 28 de diciembre de 2011

Obstrucción del calor

En el tema “Calor y temperatura” expliqué que el calor es una forma de energía que se transfiere de un objeto a otro debido a una diferencia de temperaturas. Sin embargo en este tema explico que una diferencia de temperaturas entre dos objetos no garantiza que haya una transferencia de calor. Existen sustancias que obstruyen la transferencia de calor, por lo que se denominan “aislantes térmicos”.

En la vida diaria empleamos algunos aislantes térmicos, por ejemplo el poliestireno (unicel) y el poliuretano (espuma plástica). Es muy común servir el café en vasos de poliestireno con el fin de mantenerlo caliente, ya que este material obstaculiza el paso del calor desde el café caliente (mayor temperatura) hacia el aire del entorno (menor temperatura). Por otro lado, la espuma de poliuretano se utiliza en el relleno de almohadas o colchones para que se sientan “calientitos”, por el mismo motivo: el poliuretano es un aislante térmico.


En general los materiales muy porosos (unicel, espumas plásticas, corcho, madera, asbesto, etc.) son buenos aislantes térmicos porque atrapan aire en sus poros y precisamente el aire es uno de los mejores aislantes térmicos. Un ejemplo donde aprovechamos esta propiedad del aire es la ropa; las prendas de vestir que usamos nos ayudan a mantener una temperatura corporal alta porque la tela atrapa una capa de aire entre nuestra piel y el entorno más frío, lo cual evita que “perdamos” (transfiramos) calor.

Sin embargo, curiosamente el mejor aislante térmico no es una sustancia determinada sino el vacío. Un ejemplo cotidiano donde se aplica este hecho es un termo (el vaso diseñado para mantener calientes las bebidas) que está formado por dos recipientes, uno interno y otro externo, entre los cuales se ha hecho un vacío; de este modo se impide (casi totalmente) la transferencia de calor entre la bebida caliente y el exterior frío.


En el lenguaje de la física y la química un aislante térmico perfecto (ideal) se denomina pared “adiabática”. Adiabático significa que no permite la transferencia de calor. Por otra parte, una pared que sí permite la transferencia de calor se denomina pared “diatérmica”, es decir, una pared de un material que sí favorece el paso del calor (los metales por ejemplo).

Cuando una sustancia se encuentra dentro de un recipiente cerrado de paredes adiabáticas, se denomina “sistema aislado”, ya que la energía está “atrapada”, no puede salir del recipiente (ni tampoco puede entrar energía desde el exterior). Por otra parte, si una sustancia se encuentra dentro de un recipiente de paredes diatérmicas, se denomina “sistema abierto”, ya que en este caso la energía sí puede salir al entorno, a través de las paredes, en forma de calor (o también puede entrar energía desde el exterior).

En conclusión, aunque el calor sólo puede generarse por una diferencia de temperaturas, una diferencia de temperaturas no garantiza que exista transferencia de calor. Si se coloca una pared aislante (adiabática) entre dos sustancias, no habrá transferencia de calor, aun cuando las sustancias se encuentren a diferentes temperaturas.