Fahrenheit y Celsius: Vidas y Legados Científicos

Daniel Gabriel Fahrenheit fue un físico holandés nacido el 24 de mayo de 1686 y falleció
el 16 de septiembre de 1736. Pese a su origen polaco, Daniel Gabriel Fahrenheit
permaneció la mayor parte de su vida en la República de Holanda. El fallecimiento
repentino de sus padres, quienes eran comerciantes, cuando contaba con quince años de
edad, propició su traslado a Ámsterdam (capital de los Países Bajos), que por entonces,
era uno de los centros más activos de fabricación de instrumentos científicos. Fue autor
de numerosos inventos, entre los que cabe citar los termómetros de agua (1709) y de
mercurio (1714), la aportación teórica más relevante de Fahrenheit fue el diseño de la
escala termométrica que lleva su nombre, aún hoy la más empleada en Estados Unidos y,
hasta hace muy poco, también en el Reino Unido, hasta la adopción en este país del
sistema métrico decimal.
Anders Celsius (1701-1744) fue un físico y astrónomo de origen sueco,
reconocido por crear la escala centesimal del termómetro conocida como
‘grado Celsius’, nombre que se adoptó en su memoria.
Fue nieto de dos grandes matemáticos, astrónomos y profesores
universitarios: su abuelo paterno fue Magnus Celsius y, por el lado
materno, Anders Spole. También fue el promotor de la construcción del
observatorio de su ciudad natal, el cual fue la primera instalación moderna
de ese tipo en Suecia.
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Anders Celsius. Fuente: Olof Arenius [Public domain]
Además de dedicarse durante 14 años a la enseñanza de la astronomía, se
destacó también su participación en una expedición en Laponia, que
buscaba confirmar la creencia de Isaac Newton de que la forma de la tierra
es un elipsoide aplanado en los polos.
Junto con Emanuel Swedenborg, Carl von Linné y Carl Wilhelm Scheele,
Celsius fue uno de los grandes científicos que introdujeron en Suecia las
nuevas tendencias de las ciencias naturales, la visión newtoniana del
mundo y la investigación experimental.
Índice [Ocultar]
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
1 Biografía
o
1.1 Primeros años
o
1.2 Inicios en la universidad
o
1.3 Viaje por Europa y expedición a Torneå
o
1.4 Regreso a Uppsala y últimos años
2 Aportes e inventos
o
2.1 Expedición y otras observaciones
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3 Obras publicadas

4 Referencias
Biografía
Primeros años
El 27 de noviembre de 1701 nació Anders Celsius en la ciudad sueca de
Upsala, situada a unos 78 km al noroeste de Estocolmo. Sus padres fueron
Nils Celsius y Gunilla Maria Spole quienes tuvieron otros dos hijos, además
de Anders. Nació en el seno de un familia de astrónomos y matemáticos, lo
que ejerció gran influencia desde temprana edad.
Su abuelo paterno fue Magnus Celsius, profesor de matemáticas, que hizo
grandes aportes en la simplificación del alfabeto rúnico. Por el lado
materno, su abuelo fue Anders Spole, profesor de astronomía, quien llegó a
construir un observatorio astronómico en su casa, aunque fue destruido por
un incendio en 1702.
El padre de Celsius fue también profesor de matemáticas y escribió una
disertación en la que afirmó que las observaciones empíricas y no la
doctrina teológica eran los pilares de la astronomía. No era de extrañar que
Celsius pronto siguiera los pasos de su familia.
A la edad de doce años logró resolver todos los problemas matemáticos de
un libro de texto universitario. Además creció con acceso a la gran
biblioteca familiar de su abuelo Spole, que logró sobrevivir al incendio de
1702.
Inicios en la universidad
Después de graduarse de la escuela secundaria, Anders estudió
astronomía, matemáticas y física experimental. Desde principios de la
década de 1720 realizó observaciones para el profesor de astronomía Erik
Burman y para 1724 ya había publicado sus primeros dos artículos,
relacionados con barómetros. Ese año además se convirtió en secretario
asistente de la Royal Society of Sciences en Uppsala.
Después de graduarse Celsius se convirtió en profesor sustituto de
matemáticas en la Universidad de Uppsala y, posteriormente, en 1730 se le
asignó la cátedra de astronomía.
Viaje por Europa y expedición a Torneå
Entre 1732 y 1736 este astrónomo sueco viajó a varios países visitando
sociedades y academias, con el fin de ampliar sus conocimientos y
establecer vínculos para la Royal Society of Sciences en Uppsala. Visitó
Berlín, Nuremberg, Bolonia, Roma y París.
En esta última ciudad conoció a Pierre de Maupertuis, que estaba
preparando una expedición para medir un meridiano en el norte y
comprobar la teoría newtoniana. Celsius se unió a la expedición.
Previamente, en 1735 se dirigió a Londres a proveerse de los instrumentos
necesarios. Al año siguiente y hasta 1737, se realizó con éxito la expedición
francesa a Torneå, en el norte de Suecia (ahora Finlandia).
No obstante, el astrónomo y geógrafo francés, Jacques Cassini, y sus
seguidores cuestionaron la precisión de las observaciones realizadas
durante la expedición. Celsius participó en el debate que siguió y publicó
una de sus grandes obras, refutando las acusaciones y en defensa de lo
logrado.
Sus argumentos y los hallazgos de la expedición en Laponia, fueron
confirmados por una medición posterior en Perú.
Regreso a Uppsala y últimos años
A su regreso a Uppsala, Celsius le dio un giro a la enseñanza de la
astronomía en la universidad, gracias a sus nuevas experiencias y
conocimientos. Esto permitió mejorar la posición de la astronomía en
Suecia, que había estado en declive. Como secretario de la Royal Society of
Sciences en Uppsala, cargo que ocupó hasta su muerte, se encargó de
actualizar y mantener viva la institución.
Su participación en la expedición de Laponia le generó gran fama y respeto
ante el gobierno de Suecia. Es indudable que esto jugó a su favor cuando
solicitó una donación de los recursos necesarios para construir un
observatorio moderno en Uppsala.
Con la adquisición de nuevos instrumentos adquiridos en el extranjero,
supervisó la construcción de este nuevo observatorio en la calle Svatbäck,
donde había estado el de su abuelo. En 1740 fue nombrado director del
observatorio astronómico y dos años después se mudó a la edificación, la
primera instalación moderna de ese tipo en Suecia.
El 25 de abril de 1744 en Uppsala, falleció por tuberculosis Anders Celsius,
a la edad de 42 años.
Aportes e inventos
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Comparación de los valores de grados Celsius y grados Fahrenheit. Fuente: 85fce [CC BY-SA
3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)]
Durante sus viajes por Europa, Celsius había estudiado las numerosas
escalas de temperatura de la época, con el propósito de crear una de
referencia internacional y hacer una más sencilla que la del físico alemán
Daniel Gabriel Fahrenheit. Para ello logró la escala centesimal.
El gran aporte de Celsius fue su famosa observación sobre los dos «grados
constantes» en un termómetro, fácilmente reproducibles. Aunque antes se
había utilizado una escala de 100 grados, él logra establecer la referencia
de los puntos de congelación y ebullición del agua.
El punto correspondiente a la temperatura 0 °C coincidía con su punto de
ebullición del agua al nivel del mar, mientras que la temperatura de 100
°C, equivalía a la temperatura de congelación del agua a nivel del mar, por
lo que a un mayor número indicaba más frío. Celsius originalmente llamó
centígrado a su escala, el derivado del latín para «cien pasos», pero
durante años simplemente se lo denominó termómetro sueco.
Llevó una serie de experimentos para justificar su elección. Mostró que el
punto de congelación no cambiaba al variar la latitud o la presión y que el
punto de ebullición no dependía de la duración del tiempo de ebullición ni
del origen del agua.
Además aseguró que el punto de ebullición del agua era confiable como un
punto fijo solo con una presión barométrica definida, que propuso fuese de
25.3 pulgadas de mercurio.
La escala original de Celsius indicaba un descenso de grados cuando el
calor aumentaba y un ascenso cuando aumentaba el frío, al contrario de
cómo es conocida actualmente. El científico Carl von Linné (conocido como
Carlos Linneo) invertiría esta escala tres años más tarde y se adoptaría
como la escala estándar usada hoy día.
Expedición y otras observaciones
Además de inventar la escala de temperatura Celsius, participó en una
expedición organizada para medir el arco de un meridiano en Laponia. Esto
permitió verificar la teoría de Newton que planteaba el achatamiento de la
Tierra en los polos.
También en 1740 intento determinar la magnitud de las estrellas en la
constelación de Aries, usando un método puramente fotométrico que
consistía en filtrar la luz a través de placas de vidrio. Este fue el primer
intento de medir la intensidad de la luz de las estrellas con una herramienta
que no fuera el ojo humano.
Además estudió el momento de los eclipses de las lunas de Júpiter y
propuso una teoría para la evolución de las estrellas, al indicar que las
estrellas eran planetas como Marte que comenzaron a brillar una vez que
se evaporó toda el agua.
Se destaca también por ser uno de los primeros en encontrar una
correlación entre las desviaciones de la brújula y los cambios en el campo
magnético de la Tierra. Observó las variaciones de una aguja de brújula y
descubrió que las desviaciones más grandes se correlacionaban con una
actividad auroral más fuerte.
Obras publicadas
Entre sus trabajos destacados se encuentran en 1730 Dissertatio de Nova
Methodo Distantiam Solis a Terra Determinandi (Una disertación sobre un
nuevo método para determinar la distancia del Sol desde la Tierra) y en
1738 De Observationibus pro Figura Telluris Determinanda in Gallia Habitis,
Disquisitio (Disquisición de observaciones hechas en Francia para
determinar la forma de la Tierra).
En el intermedio de sus dos grandes obras, en el año 1732 en Nuremberg,
Celsius publicó una colección de 316 observaciones de la aurora boreal que
había realizado durante 16 años con la colaboración de otros astrónomos.
Ese mismo año publicó una revista astronómica con Michael Adelbulner,
matemático, físico, médico y astrónomo alemán. Se titulaba Commercium
litterarium ad astronomiae incrementum inter huius scientiae amatores
communi consilio institutum. En ella incluía información sobre futuros
fenómenos astronómicos, noticias y reseñas. Se mantuvo durante dos años
logrando la publicación de 45 números.
En 1733 mientras estuvo en Italia ayudó con sus observaciones a Eustachio
Manfredi, quien publicó un libro con parte de sus aportes bajo el título Liber
de gnomon meridian Bononiensi (Libre de la sombra de los meridianos de
Bolonia).
También se esforzó por crear un catálogo de estrellas y para esto
escribió Constellatione Tauri 17 (Constelaciones de Tauro) y Constellatione
Leonis (Constelaciones de Leo), entre otras obras.
Fue en 1742 que describió su termómetro en un documento leído ante la
Academia Sueca de Ciencias.
William Thomson (1824-1907) fue un físico y matemático británico
nacido en Belfast (Irlanda). Conocido también como Lord Kelvin por el título
nobiliario concedido por sus contribuciones a la ciencia, es considerado
como uno de los estudiosos británicos que más contribuyeron al desarrollo
de la física.
Thomson ocupó un puesto como catedrático de Filosofía Natural en la
Universidad de Glasgow durante casi toda su vida, a pesar de las continuas
ofertas de trabajo que le llegaron desde otras instituciones educativas de
más renombre. Desde ese puesto, el científico dio un impulso decisivo a los
estudios experimentales, entonces poco apreciados.
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William Thomson, Lord Kelvin – Fuente: «Photo by Messrs. Dickinson, London, New
Bond Street» (according to http://www.sil.si.edu/DigitalCollections/hst/scientificidentity/fullsize/SIL14-T002-07a.jpg) [Public domain]
Entre sus logros principales destaca el establecimiento de una escala de
calor absoluta que lleva su nombre: la escala Kelvin. Además, publicó
algunos estudios sobre los sistemas de unidades de medida y patentó
aparatos de medición como el galvanómetro. Igualmente, ayudó a
perfeccionar las transmisiones mediante cables submarinos.
Todos estos trabajos le valieron la concesión del título de Barón Kelvin.
Thomson se convirtió, además, en el primer científico en formar parte de la
Cámara de los Lores. Su fallecimiento se produjo en diciembre de 1907 y
fue enterrado junto a Isaac Newton, en la Abadía de Westminster.
Índice [Ocultar]

1 Biografía

o
1.1 Estudios
o
1.2 Catedrático en Glasgow
o
1.3 Vida privada
o
1.4 Últimos años
o
1.5 Fallecimiento
2 Aportes científicos e inventos
o
2.1 El cero absoluto
o
2.2 Teoría dinámica del calor
o
2.3 Unidades de medida
o
2.4 Estimación antigüedad de la Tierra
o
2.5 Telegrafía y cable submarino
o
2.6 Galvanómetro
o
2.7 Segundo intento cable
o
2.8 Tercer proyecto
o
2.9 Otros inventos y contribuciones

3 Obras

4 Referencias
Biografía
William Thomson, conocido también como Lord Kelvin, vino al mundo el 26
de junio de 1824 en Belfast, Irlanda. El futuro científico quedó huérfano de
madre cuando solo contaba con seis años. Su padre, James Thomson, fue
profesor de matemáticas y desde muy temprano inculcó a su hijo el interés
por la materia.
Según los biógrafos, la relación entre William y su progenitor era muy
cercana y estaba marcada por el carácter dominante del padre.
Estudios
A la edad de 10 años, William comenzó sus estudios en la Universidad de
Glasgow, donde su padre impartía clases. Allí comenzó a destacar por sus
conocimientos matemáticos y logró ganar varios premios académicos.
La familia se trasladó a Cambridge en 1841 y Thomson ingresó en la
Universidad de la localidad para estudiar ciencias hasta su graduación en
1845.
Una vez finalizada esa etapa en sus estudios, Thomson residió un año en
París. En la capital francesa, Thomson comenzó a trabajar en el laboratorio
del físico y químico Henri-Victor Regnault. Su intención era adquirir
experiencia en darle un uso práctico a sus conocimientos teóricos.
Catedrático en Glasgow
La influencia de su padre fue decisiva para que, en 1846, William Thomson
lograra la cátedra de Filosofía Natural de la Universidad de Glasgow. El
puesto había quedado vacante y James puso en marcha una campaña para
que su hijo fuera el elegido para ocuparla.
De esta forma, con solo 22 años, el científico fue escogido por unanimidad
como catedrático. Thomson conservó la cátedra durante toda su carrera a
pesar de las ofertas que le llegaron desde la Universidad de Cambridge
cuando su prestigio creció.
En un primer momento, el futuro Lord Kelvin no encontró una buena
acogida a sus clases. En esa época, los estudios experimentales no estaban
demasiado bien vistos en Gran Bretaña y la falta de alumnos estuvo a
punto de provocar que las clases no llegaran a impartirse.
Sin embargo, uno de los méritos de Thomson fue cambiar esa
consideración. Sus descubrimientos y su buen hacer provocaron que sus
enseñanzas adquirieran un gran prestigio y que, durante 50 años, su clase
se convirtiera en inspiración para los científicos del país.
Vida privada
William Thomson se casó en 1852 con Margaret Crum, su amor de
juventud. La salud de la joven empezó a empeorar ya durante la luna de
miel y no mejoró durante los 17 años que duró el matrimonio.
Cuatro años después de que Margaret Crum falleciera, Thomson volvió a
contraer matrimonio. Su segunda esposa fue Frances Blandy.
Últimos años
William Thomson recibió el título de caballero en 1866, después de que
participara en la instalación del primer cable de comunicaciones submarino.
Más adelante, en 1892, obtuvo el título de barón y comenzó a utilizar el
nombre de otra rama de su familia, los Kelvin de Largs. Por ese motivo, ha
pasado a la posteridad como Lord Kelvin.
Lord Kelvin rechazó en tres ocasiones la oferta de la Universidad de
Cambridge de ocupar la cátedra de física. La primera vez fue en 1871,
mientras que la última se produjo en 1884. Su intención siempre fue
acabar su carrera en Glasgow.
El científico tuvo una participación destacada en la Exposición Internacional
de Electricidad que tuvo lugar en París en 1881. Durante el evento, mostró
algunos de sus inventos, incluido el galvanómetro. Además, fue uno de los
ponentes en un congreso que trató de crear un sistema de unidades de
medida para la electricidad común en todo el mundo.
A comienzos de la década de los 90, Thomson fue elegido para ocupar la
presidencia de la Royal Society. En 1860, recibió la Gran Cruz de la orden
de la Reina Victoria por motivo de sus bodas de oro con la cátedra de la
Universidad de Glasgow.
Ya en 1899, a la edad de 75 años, Lord Kelvin abandonó la cátedra, aunque
continuó asistiendo a las clases como oyente.
Fallecimiento
Un accidente producido en una pista de hielo dejó a Thomson secuelas en
su pierna, lo que afectó a su movilidad y limitó su trabajo. A partir de ese
momento, el científico pasó la mayor parte de su tiempo colaborando con
su comunidad religiosa.
William Thomson murió el 17 de diciembre de 1907, en Netherhall, Escocia.
Su tumba está situada junto a la de Isaac Newton, en la Abadía de
Westminster.
Aportes científicos e inventos
El campo científico en el que más se centró William Thomson fue la física.
Entre sus descubrimientos más importantes se encuentran sus trabajos
sobre la termodinámica, que llevaron al establecimiento del cero absoluto.
Por otra parte, su inclinación por la ciencia experimental hizo que
participara en la colocación del primer cable submarino dedicado a las
comunicaciones.
El cero absoluto
Uno de los encuentros fundamentales en la carrera científica de Thomson
tuvo lugar en 1847. Ese año, durante una reunión científica desarrollada en
Oxford, conoció a James Prescott Joule, un estudioso francés que llevaba
años experimentando con el calor como fuente de energía.
Las ideas de Joule no habían encontrado demasiado apoyo entre sus
colegas hasta que Thomson empezó a tomarlas en consideración. Así, el
científico británico recogió algunas de las teorías de Joule y creó una escala
termodinámica para medir la temperatura.
Esta escala tenía un carácter absoluto, por lo que era independendiente de
los aparatos y las sustancias usados para medirla. El descubrimiento recibió
el nombre de su autor: la escala de Kelvin.
Los cálculos de Thomson le llevaron a calcular lo que denominó cero
absoluto o cero grados en la escala de Kelvin. La temperatura en cuestión
son los -273,15º Celsius o los 459,67º Fahrenheit. A diferencia de estas
dos últimas escalas, la de Kelvin es utilizada casi exclusivamente en el
ámbito de la ciencia.
Teoría dinámica del calor
Lord Kelvin continuó con sus estudios sobre termodinámica durante los
años siguientes. En 1851 presentó ante la Royal Society de Edimburgo un
ensayo denominado Teoría dinámica del calor, en el que aparecía el
principio de disipación de la energía, una de las bases de la segunda ley de
la termodinámica.
Unidades de medida
Otro de los campos en el que Thomson mostró gran interés fue en de los
sistemas de unidades de medida. Sus primeras aportaciones a este asunto
se produjeron en 1851, cuando reformó las hipótesis existentes sobre las
unidades de Gauss en el electromagnetismo.
Diez años más tarde, Lord Kelvin formó parte de un comité para unificar las
unidades de medida relacionadas con la electricidad.
Estimación antigüedad de la Tierra
No todas las investigaciones realizadas por Thomson acabaron
proporcionando buenos resultados. Es el caso, por ejemplo, de su intento
de calcular la antigüedad de la Tierra.
Parte de su error se debió a su condición de seguidor ferviente del
cristianismo. Como creyente, Lord Kelvin era partidario del creacionismo y
esto se dejó notar en sus estudios sobre la edad del planeta.
No obstante, Thomson no se limitó a citar la Biblia, sino que utilizó la
ciencia para intentar demostrar su veracidad. En este caso, el científico
mantenía que las leyes de la termodinámica permitían afirmar que la Tierra
había sido un cuerpo incandescente millones de años atrás.
Thomson pensaba que los cálculos de Darwin sobre cuando la Tierra había
empezado a ser habitable no eran exactos. Para Lord Kelvin, contrario a la
teoría de la evolución, el planeta era mucho más joven, lo que haría
imposible que se pudiera haber desarrollado la evolución de las especies.
Finalmente, sus trabajos, basados en la temperatura, concluyeron que la
Tierra tenía una antigüedad de entre 24 y 100 millones de años, muy lejos
de los más de 4500 millones de años estimados actualmente.
Telegrafía y cable submarino
Como se ha señalado, Lord Kelvin mostró desde el inicio de su carrera una
gran inclinación hacia la aplicación práctica de los descubrimientos
científicos.
Uno de los campos en los que intentó llevar a la práctica algunas de sus
investigaciones fue en el de la telegrafía. Su primer trabajo sobre el tema
se publicó en 1855 y, al año siguiente, pasó a formar parte de la directiva
de The Atlantic Telegraph Co, una empresa dedicada a ese asunto y que
tenía el proyecto de colocar el primer cable telegráfico que cruzara el
océano entre América y Europa.
Lord Kelvin no tuvo demasiada participación en este primer intento de
instalar el cable, pero sí embarcó en la expedición que partió en 1857 para
colocarlo. El proyecto acabó en fracaso después de haber tendido más de
300 millas náuticas del mismo.
Galvanómetro
A pesar del fracaso, Thomson continuó trabajando en el tema cuando
regresó de la expedición. Su investigación se centró en mejorar los
instrumentos que se empleaban en el cable, sobre todo en desarrollar un
receptor con más sensibilidad para detectar las señales que emitían los
extremos del cable.
El resultado fue el galvanómetro de espejo, que amplificaba la señal para
que esos extremos estuvieran siempre localizados.
Aparte del galvanómetro, Thomson también realizó experimentos para
asegurarse de que el cobre utilizado como conductor en el cable fuera de la
máxima calidad.
Segundo intento cable
El segundo intento de colocar el cable submarino se realizó durante el
verano de 1858. Thomson volvió a formar parte de la expedición y embarcó
en el barco británico Agamenón. En esta ocasión, el científico fue designado
como jefe del laboratorio de pruebas.
A comienzos de agosto del mismo año, el cable estuvo totalmente colocado
a lo largo del océano. Tras esto, comenzaron a probar que los telegramas
llegaban de un continente al otro con éxito.
Aunque las primeras pruebas fueron positivas, en septiembre la señal
comenzó a fallar. En octubre, los telegramas dejaron de llegar.
Tercer proyecto
Seis años después de que la señal se perdiera completamente, Thomson
participó en un nuevo intento de conectar telegráficamente Europa y
América.
El nuevo proyecto se inició en 1864, aunque no fue hasta el verano del año
siguiente cuando la expedición partió con el objetivo de tender un nuevo
cable. Sin embargo, cuando ya se habían colocado casi 1200 millas, el
cable se rompió y la expedición debió aplazarse un año más.
Ya en 1866, con Thomson de nuevo entre los componentes de la
expedición, el objetivo pudo ser cumplido.
El interés de Thomson en este tema no se quedó en su participación en
esas expediciones. Ya en 1865, se había asociado con un ingeniero para
crear diversos proyectos para establecer nuevos cables submarinos, así
como para explotar las patentes de los inventos del científico.
Entre sus éxitos se encontró la unión telegráfica entre Brest, en Francia, y
las isla de Saint Pierre, próxima a Terranova.
Otros inventos y contribuciones
Los trabajos de Thomson con el cable submarino tuvieron mucho que ver
con el gran interés que el científico siempre había mostrado por el mar.
En 1870, adquirió su propio yate, que utilizó tanto como segunda
residencia como para realizar diversos experimentos. Estos llevaron a que
desarrollara inventos como una nueva clase de compás o varios aparatos
de sondeo.
Además de lo anterior, Thomson participó como jurado en varios congresos
en el que se presentaban inventos. Igualmente, escribió los informes para
conceder algunos de esos premios, incluido el concedido a Alexander G.
Bell y su teléfono
Vamos a ver unos ejemplos de transmisión de calor
Ejemplo 1
Placa solar
El calor llega desde el Sol hasta la placa metálica por radiación. El metal de la
placa emite radiación en el infrarrojo
.
El calor se transmite al líquido que
está en contacto con la placa
por conducción.
En el líquido se
establecen corrientes
covectivas que lo mezclan y
uniformizan el calor. El agua
caliente sube y la fría baja.
El agua más caliente sube al
depósito superior y de la parte
inferior de este depósito baja el
agua más fría que entra por la
parte de abajo de la placa
Con esta sencilla placa, y dependiendo de la radiación solar, se alcanzan
temperaturas muy altas. Probablemente hayas visto estas placas en los tejados de
algunas casas. Busca en la red "placas solares"
Ejemplo 2
Recipiente metálico con agua al fuego
Las llamas (o una plancha eléctrica) calientan el
metal porque los gases de combustión están en
contacto con el fondo y le transmiten el calor
por conducción (el metal se dilata y sus partículas
vibran más).
El metal transmite el calor al agua del fondo del
recipiente por conducción. El agua caliente del
fondo asciende, originando corrientes
convectivas (propagación por convección) y se
mezcla con el agua fría.
Las paredes de los recipientes calientes
emiten radiación en el infrarrojo a los alrededores.
Ejemplo 3
Cocina vitrocerámica
En las cocinas vitrocerámicas la plancha de la cocina está fría y sólo sirve de
soporte a la base del recipiente. En el fondo del recipiente se originan corrientes
eléctricas inducidas por un campo magnético variable. La energía eléctrica pasa
del interior de la cocina en forma de onda electromagnéticas (ondas originadas en
un generador de campo magnético variable) hasta el fondo de la olla. Las ondas
no interfieren con la plancha, pero si con el fondo del recipiente en el que se
origina una corriente eléctrica que genera calor. Del fondo del recipiente pasa al
líquido que está en contacto con él por conducción.
El calor circula dentro del líquido por convección y el fondo y las paredes radian
en el infrarrojo.
Características de cada modo de transmisión
CONDUCCIÓN.- La conducción es el transporte de calor a través de una
sustancia y tiene lugar cuando se ponen en contacto dos objetos a diferentes
temperaturas. El calor fluye desde el objeto que está a mayor temperatura hasta el
que la tiene menor. La conducción continúa hasta que los dos objetos alcanzan a
la misma temperatura (equilibrio térmico).
Podemos explicarlo si tenemos en cuenta las "colisiones de las moléculas". En la
superficie de contacto de los dos objetos las moléculas del objeto que tiene
mayor temperatura, que se mueven más deprisa, colisionan con las del objeto que
está a menor temperatura, que se mueven más despacio. A medida que
colisionan, las moléculas rápidas ceden parte de su energía a las más lentas. Estas
a su vez colisionan con otras moléculas contiguas. Este proceso continúa hasta
que la energía se extiende a todas las moléculas del objeto que estaba
inicialmente a menor temperatura. Finalmente alcanzan todas la misma energía
cinética y en consecuencia la misma temperatura.
Algunas sustancias conducen el calor mejor que otras.
Los sólidos son mejores conductores que los líquidos y éstos mejor que los gases.
Los metales son muy buenos conductores del calor, mientras que el aire es un
mal conductor.
CONVECCIÓN.- La convección tiene lugar cuando áreas de fluido caliente (de
menor densidad) ascienden hacia las regiones de fluido frío. Cuando ocurre esto,
el fluido frío (de mayor densidad) desciende y ocupa el lugar del fluido caliente
que ascendió. Este ciclo da lugar a una continua circulación (corrientes
convectivas) del calor hacia las regiones frías.
En los líquidos y en los gases la convección es la forma más eficiente de
transferir calor.
En el verano, en una carretera recalentada, se puede ver como asciende de ella el
aire caliente formando una columnas oscilantes. También se ve a veces como
asciende el aire desde un radiador (el aire caliente sube y el frío baja).
En este gif animado ves como un mechero calienta el
aire, éste asciende en una corriente convectiva y hace
girar la espiral de papel.
Hemos usado un agitador del calorímetro sujeto por
una pinza y en él apoyamos un dedal en el que
pegamos la espiral de papel.
El calor calienta el aire y el papel y además de hacer girar la espiral la alarga y
llega a tocar la pinza lo que le impide seguir girando.
RADIACIÓN.- Tanto la conducción como la convección requieren la presencia
de materia para transferir calor.
La radiación es un método de transferencia de calor que no precisa de contacto
entre la fuente de calor y el receptor.
No se produce ningún intercambio de masa y no se necesita ningún medio
material para que se transmita.
Por radiación nos llega toda la energía del Sol. Al llegar a la Tierra empieza un
complicado ciclo de transformaciones: la captan las plantas y luego la
consumimos nosotros, el agua se evapora, el aire se mueve....
La energía radiante del Sol se transmite a través del espacio vacío en forma de
radiación que viaja a la velocidad de la luz . Entre las diferentes ondas que la
componen hay radiación visible, ultravioleta, infrarroja etc. La ultravioleta es tan
energética que puede ionizar la materia, pero la radiación infrarroja interfiere con
los electrones de los átomos promocionándolos a un nivel superior y produce la
agitación de los átomos y de las moléculas que se traduce en calor.
En los hornos microondas la energía generada para que vibren las moléculas de
la sustancia que se calienta la transmiten ondas con una frecuencia inferior a las
del infrarrojo. Ver tipos de radiaciones
La radiación se produce cuando los electrones situados en niveles de energía
altos caen a niveles de energía más bajos. La diferencia de energía entre estos
niveles se emite en forma radiación electromagnética. Cuando esta energía es
absorbida por los átomos de una sustancia los electrones de dichos átomos
"salten" a niveles de energía superiores.
Todos los objetos absorben y emiten radiación. Este "applet" de java muestra
como un átomo absorbe y emite radiación. Cuando la absorción de energía está
equilibrada con la emisión, la temperatura del objeto permanece constante. Si la
energía absorbida es mayor que la emitida la temperatura del objeto aumenta, y si
ocurre lo contrario la temperatura disminuye.
La energía total radiada por un cuerpo caliente es proporcional a la cuarta
potencia de su temperatura expresada como temperatura absoluta. E=cte· T4
Un cuerpo negro se define como aquel que absorbe todo el calor que cae sobre él.
Un cuerpo a una temperatura dada emite más con su superficie ennegrecida.
En esta página puedes ampliar tus conocimientos sobre la radiación infrarroja.
1 Fuego.
2 El Sol.
3 Gasolina.
4 Diesel
5 Electricidad.
6 Volcanes.
7 Energía nuclear.
8 Etanol
9 Biodiesel.
10 Las resistencias eléctricas.
Ejercicio del área de la corona circular
Hallar el área de una corona circular de radio mayor R = 4 cm y radio
menor r = 2 cm.
Aplicando la fórmula obtenemos que:
Se obtiene que el área de esta figura es de 37,70 cm2.
Ejercicio del perímetro de la corona circular
Hallar el perímetro de una corona circular de radio mayor R = 4 cm y
radio menor r = 2 cm.
Aplicamos la fórmula del perímetro, que obtiene la suma del perímetro
exterior más el interior:
En este caso, el valor del perímetro coincide con el valor del ejemplo
anterior, y son 37,70 cm. Cambian las unidades, puesto que el área tiene
las unidades al cuadrado (cm2) y el perímetro son cm
El área del sector circular es igual a pi por el radio al cuadrado y por el número de
grados, dividido por 360.
Ejercicio
Hallar el área del sector circular cuya cuerda es el lado del cuadrado inscrito, siendo
4 cm el radio de la circunferencia.
Similaridades y diferencias
Tanto los histogramas como los gráficos de barra tienen barras de diferentes
altursa. Los histogramas difieren en apariencia: las barras se encuentran una al
lado de la otra sin espacios y la altura de las barras siguen una curva como una
colina. Las barras en los gráficos de barras están separadas y sus alturas pueden
variar como vidrio irregular.
La principal diferencia entre un histograma y una gráfica de barras es que
el histograma tiene una frecuencia de intervalos mientras que la gráfica de barras tiene
categorías. ... Permite obtener datos como tendencias, frecuencias y valores absolutos.