Curiosidades sobre el calor y el frio

Los datos y las preguntas

1. ¿Por qué sentimos el mismo frío a -20ºC sin viento que a 0ºC con una fuerte ventisca?

   Tabla 1

   Como enfría el viento
   Velocidad (nudos)	Temperatura (ºC)
   sin viento	20	10	0	-10	-20
   	Temperatura(ºC), sin viento, a la que tenemos la misma sensación de frío
   7-10	5	-10	-20	-35	-45
   20-23	-15	-30	-45	-60	-75
   33-36	-20	-35	-55	-70	-85

   
   ^{[Adaptado de : Craighead, F., Craighead, J., 1994. Manual de Supervivencia en tierra.(Madrid: Ediciones Tutor)]}
2. ¿Por qué en el interior de un coche negro la temperatura es mucho mayor que en el interior de uno blanco?

   Tabla 2

   Temperaturas(ºC) en el interior de un vehículo [ TExterior = 27ºC ] Según su color, velocidad y estado de las ventanillas
   	Blanco	Negro
   Parado (ventanillas cerradas)	36	57
   Moviéndose a 100 km/h (ventanillas cerradas)	31	43
   Moviéndose a 100 km/h (ventanillas abiertas)	25	34

   
   Un experimento fácil de realizar en relación con lo que refleja la tabla anterior, consiste en tocar sucesivamente varios vehículos de distintos colores que se encuentran expuestos al sol.
   
3. ¿Calienta realmente una manta?

 

La explicación

    El calor puede transmitirse de tres formas diferentes: conducción, convección yradiación. Aunque las tres se dan de forma simultánea, una de ellas suele tener mayor relevancia en cada situación.

    Sentimos frío cuando nuestro cuerpo pierde calor. Cuanto mayor es la velocidad a la que perdemos calor, mayor es también la sensación de frío.
    En la pérdida de calor a través de la piel la convección suele contribuir de forma decisiva. Esta forma de transmitirse el calor se da en los cuerpos fluidos (líquidos y gases) y supone la presencia de corrientes en el interior de los mismos. Masas de fluido a baja temperatura reemplazan a masas de fluido a mayor temperatura que están en contacto con el foco calorífico. Estos movimientos de fluido se producen en general como consecuencia de la diferente densidad que presenta el fluido caliente en relación al fluido frío.

    Si en un recipiente transparente con agua que está calentándose echamos unas gotas de un colorante observaremos las corrientes de convección. Se producen cuando el agua del fondo se calienta y sube dejando su lugar al agua que baja de la superficie.

Si ponemos la mano sobre un radiador (deberíamos llamarle convector) en funcionamiento notaremos la corriente deconvección que hace que el aire caliente suba.     Una variante denominada convección forzada tiene lugar cuando las corrientes no son solo debidas a diferencias de densidad. Si se fuerzan las corrientes, la transferencia de calor es mayor.

    Si revolvemos el agua que se está calentando al fuego, provocamos convección forzada y el calentamiento se produce más rápidamente. De forma análoga al situar un ventilador frente a un radiador la habitación se calentará mucho más deprisa.

    Una de las funciones de la ropa con que nos vestimos es dificultar las corrientes de convección que facilitarían las pérdidas de calor. Los ventiladores que usamos en verano para refrescarnos se basan también el la convección forzada.

    La pérdida de calor debida a la convección forzada depende por supuesto de la velocidad de la corriente de aire. En la tabla 1 se aprecia perfectamente este hecho.

Si sujetamos una barra de hierro con la mano y el otro extremo está al fuego, es probable que, a menos sea muy larga, tengamos que soltarla si no queremos quemarnos. A través de la barra de hierro, así como en el interior de cualquier sólido, el calor se transmite por un mecanismo denominadoconducción. Los metales son muy buenos conductores mientras que los tejidos con los que nos vestimos y con los que se hacen las mantas son muy malos conductores.

   Una manta, por tanto, no "da calor" sino que dificulta las pérdidas del mismo por ser mala conductora. También dificulta las pérdidas por convección al dificultar las corrientes de aire.

La radiación es la tercera forma en que el calor puede transmitirse. Todos los cuerpos emiten y absorben calor en forma de radiación. En general cuanto mayor es la temperatura mayor será también la energía radiante emitida. Una gran parte de la energía de la Tierra proviene de la radiación solar.    Una superficie que absorbe bien la radiación que incide sobre ella la percibimos de color negro.     Al contrario, una superficie que percibimos como blanca es aquella que no absorbe prácticamente nada de la radiación que recibe.

    Lo anterior, junto con la convección forzada, nos permite explicar la pregunta 2 y los datos de la tabla 2.