Aunque nosotros percibamos el frío, lo sintamos y sepamos cuando aparece, el frío como tal no existe y la ciencia lo tiene claro desde hace muchos años.
No puedes medir la cantidad de frío de una cosa, si no puedes medir su temperatura.
El invierno es la época por excelencia del frío. Durante esta estación, nuestro cuerpo necesita de capas de abrigo para poder mantener su calor y así no pasar frío. Aunque no sepamos qué significa el frío como tal, lo cierto es que lo sentimos. Pues bien, hay gente del entorno de la ciencia que asegura que el frío no existe, ¿cómo es posible?
¿Qué es para nosotros el frío?
Algo que tenemos claro, es que el frío es algo que nuestro cuerpo siente, por lo tanto es algo que puede existir. Si lo sentimos, existe. No sabemos cómo explicarlo pero aseguramos que es una condición habitual de las latitudes polares del planeta. Sabemos dónde puede hacer frío y cuándo sentirlo.
Cuando la temperatura de nuestro alrededor baja de la ordinaria en un día de invierno, decimos que sentimos frío. Cuando salimos de la ducha, nos enfriamos y no nos secamos, también lo decimos. Cuando el termómetro baja de los 15 º C, comenzamos a sentir que nuestro cuerpo pierde su calor y tenemos frío, bueno eso depende de cada persona.
Básicamente el frío es una parte cuantificable que se ve a través de un termómetro y es una sensación que percibe cada individuo en su cuerpo. Por ejemplo, mucha gente puede sentir frío por la noche con la ventana abierta y otras no. Depende de cada individuo. Sin embargo, la ciencia no lo tiene tan claro.
Primero, ¿cómo se percibe?
Después de leer los párrafos anteriores, podemos decir que el frío sí que tiene su explicación y todos lo hemos sentido alguna vez en nuestra vida. Sin embargo, la ciencia lleva años estudiando y poniéndose de acuerdo de que no. El frío como tal no existe. En resumen, no puedes medir la cantidad de frío de una cosa, si no puedes medir su temperatura. Es precisamente la pérdida de temperatura la que hace que la sensación de frío aparezca.
¿Qué es la temperatura? La temperatura es una magnitud física escalar que está relacionada con la energía interna de un sistema termodinámico, concretamente con la energía cinética de sus partículas, referida al movimiento de éstas.
Para que algo aumente su temperatura, los átomos que habitan en el aire o en algún objeto tienen que acercarse. Cuando se acercan comienzan a pasarse calor entre ellos. Cuando la temperatura no es tan alta, ellos no se mueven. Por esa razón cuando metemos la mano dentro de un horno que lleva encendido una hora sentimos mucho calor, pero cuando el horno lleva horas apagado, la sensación es completamente lo contrario.
Si no hay calor, hay frío
Bajo el punto de vista de la termodinámica, el frío es la ausencia del calor. No existe, ya que no es una entidad física, sino una sensación que produce nuestro cerebro. En realidad, es una pérdida de energía térmica. Algo así como si pensáramos en la oscuridad que, simplemente es la falta de luz.
Albert Einstein, uno de los científicos más famosos de la historia, puso sobre la mesa la teoría de la relatividad, sin embargo, tuvo también un gran impacto en el campo de la física de fluidos. Einstein desarrolló un modelo de movimiento de los electrones en un fluido que se conoce como la teoría del frío.
El movimiento de los electrones es más fluido cuando la temperatura es más alta.
De esta forma, el frío se presenta como la ausencia de calor. No es una entidad física, sino una sensación. Pero esta sensación es lo que nos permite entender el entorno que nos rodea. El frío es lo que nos permite disfrutar del invierno, de las montañas nevadas y de la belleza de los paisajes helados. También es lo que nos permite comprender mejor la física y la química, y cómo estas dos disciplinas se relacionan con la vida.
Por qué el frío se llama frío
La ciencia que existe tras el frío
Dicen que el frío no existe. Y sin embargo, parece que existe una gran cantidad de ciencia tras este concepto. ¿Qué esconde este importantísimo fenómeno del universo?
¿Qué es el frío? Esta pregunta parece sencilla. Pero nada más lejos de la realidad. La temperatura es una cuestión esencial para la vida. De hecho, en nuestro planeta existen grandes variaciones. Éstas permiten que existan diversas especies, definiendo el paisaje. Otras nos dan la oportunidad de trabajar con materiales de una forma completamente distinta y diversa. El frío extremo abre puertas de la ciencia que nunca imaginaríamos. Por todas las implicaciones que tiene, el frío, o su concepto, merece la pena una especial atención. Pero, como de costumbre, empecemos por el principio.
El frío no existe
Dicen que el frío no existe. Al menos por definición. Y es que llamamos frío a la ausencia de calor. El frío es en realidad una pérdida de energía térmica. De hecho, en concreto, llamamos frío a la capacidad que tenemos de sentir esta diferencia de temperatura. Nosotros, como muchos otros animales, tenemos en la piel unos receptores especiales que se “encienden” cuando notamos dicho cambio de temperatura. Por eso entendemos un concepto como frío. Pero en realidad, lo que ocurre es que los átomos, esas partículas elementales que lo forman todo, tienen menos energía, y “vibran” con una intensidad cada vez menor. Esta “vibración” es una manifestación de esa energía que se va perdiendo. Esta menor energía es lo que nuestros receptores perciben como frío.
En este universo, existen algunas leyes (conocidas como las de la termodinámica) que explican una serie de fenómenos que ocurren siempre, razón por las que se les llaman leyes. Por ejemplo, el principio 0 de la termodinámica explica que dos objetos en contacto a diferente temperatura tenderán a compartir la energía hasta quedarse con la misma cantidad repartida. El paso de la energía será siempre desde el más caliente al más frío. Este proceso es lo que “enfría las cosas”. En tu nevera, bajo el frío de la calle, al tocar un helado… lo que ocurre es que nuestra energía es transmitida al objeto que tiene menos y, por tanto, está más frío. Además de transmitirse por contacto, la energía puede transmitirse por radiación, sin que se toque ningún objeto físico. Es lo que ocurre con el sol, cuyos rayos nos calientan a pesar de que no exista aire ni ninguna otra sustancia entre el y nosotros.
El entorno que conocemos
En este planeta la vida surgió gracias a la energía que nos llega, que permite que miles de reacciones químicas y físicas ocurran todos los días y a todas horas. Nuestro pequeño planeta tiene la suerte de encontrarse en una zona muy especial, llamada de habitabilidad. En dicha zona, la temperatura es lo suficientemente alta para que el agua esté líquida pero no lo suficiente como para que se evapore. Esto es importantísimo porque todo lo que conocemos es como es debido a la temperatura, a la energía, con la que convivimos todos los días. En este planeta la vida surgió gracias a la energía que nos llega, que permite que miles de reacciones químicas y físicas ocurran todos los días y a todas horas. Nuestro pequeño planeta tiene la suerte de, llamada de habitabilidad. En dicha zona, la temperatura es lo suficientemente alta para que el agua esté líquida pero no lo suficiente como para que se evapore. Esto es importantísimo porque todo lo que conocemos es como es debido a la temperatura, a la energía, con la que convivimos todos los días.
Pero, ¿por qué? En primer lugar, porque todas las reacciones necesitan energía para que ocurran. Y como decíamos, el frío sobreviene según desaparece la energía. Nuestros cuerpos, las proteínas que nos hacen vivir y las sustancias que forman nuestras células necesitan de una temperatura característica. Es más, cualquier material, según cambia su temperatura, cambia también su estructura básica. Esto es porque, como explicábamos antes, los átomos vibran cada vez con menos energía, ordenándose tranquilamente. En nuestro entorno, dónde el agua es abundante y común en casi todo lo que nos rodea, esto es aún más notable. El agua tiene una propiedad muy especial y es que aumenta de volumen al congelarse. Esto ocurre, precisamente, por cómo se ordenan sus moléculas en cristales.
Puesto que todos los seres vivos de la Tierra contenemos un porcentaje altísimo de agua, el aumentar de volumen debería ser una cuestión importante. Por ejemplo, las frutas y las flores tienen mucha agua y parecen esculturas de hielo cuando se congelan. Por eso se vuelven frágiles y quebradizas. Al no tener la energía suficiente, las moléculas que hacen que las cosas sean elásticas y se puedan deformar, se vuelven rígidas, por lo que se rompen más fácilmente. Las proteínas también son muy susceptibles a la temperatura.
Al alcanzar ciertas temperaturas, se estropean (es lo que llamamos desnaturalizar), y su estructura cambia. Al perder energía, las proteínas "precipitan" y dejan de ser como eran antes. A veces sin posibilidad de recuperar su forma. Otro ejemplo, ocurre con los gases. Antes hablábamos de que la energía hace vibrar a las moléculas. Cuanta más energía tienen, lo gases necesitan más espacio, expandiéndose. Por eso, cuando le quitamos la energía, el gas ocupará cada vez menos espacio. También se volverá más denso y cambiará la forma que tiene de transportarse por la atmósfera. Esto genera enormes ciclos climáticos.
Usando el frío
Conociendo todas estas, que son solo algunas manifestaciones del "frío", es fácil comprender por qué conocer la manera que tiene de actuar el frío nos interesa tanto. Nos permite entender mejor la vida. Pero también nos sirve para experimentar y alcanzar estados que normalmente no vemos en la materia. Por ejemplo, el hielo seco, es en realidad un gas congelado. En concreto, dióxido de carbono. Al aumentar su temperatura pasa a estado gaseoso, sublimándose, por lo que no moja ni mancha. Además, está a -85ºC. Por su parte, el nitrógeno líquido puede que sea el súper-enfriador más importante de todos. Este gas es enfriado a -195ºC de manera que lo encontramos en forma líquida. Pero el nitrógeno se encuentra de manera natural en nuestra atmósfera. Conseguir semejante temperatura en un líquido nos permite ultra-conservar las cosas, súper-enfriar materiales (como los superconductores de muchos aparatos modernos) y estudiar el comportamiento de la materia ante temperaturas del todo extremas. Y estos son solo algunos ejemplos de aplicación. Y es que el frío, a pesar de no existir, sigue siendo uno de los fenómenos más importantes en la existencia de este universo.
Más información:
- Leyes de la termodinámica
- Frío
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