Se ha convertido en un electrodoméstico habitual en muchos hogares, así que su giro constante nos es familiar.

Pero… ¿por qué gira?

El microondas tiene un magnetrón que emite radiaciones electromagnéticas de una determinada frecuencia, que excitan las moléculas de agua forzándolas a moverse.

El resto de moléculas, aunque no experimentan ninguna excitación, también se mueven junto con las moléculas de agua. Este movimiento o vibración molecular se traduce en calor.

Si la fuente de la radiación estuviera en un lateral y el alimento permaneciera inmóvil, tan solo se calentaría esa parte del alimento, quedando el resto frío. Es decir, tan solo se calentaría o cocinaría una parte del alimento.

Para que el alimento se caliente de manera homogénea es necesario que las radiaciones lo alcancen en su totalidad de manera uniforme. Y aunque su frecuencia está calibrada para que éstas penetren lo más profundamente posible, el plato giratorio es un añadido que contribuye a aumentar la posibilidad de que todas las moléculas sean irradiadas y que el alimento se caliente de una manera totalmente regular.

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Un espejismo es una ilusión óptica debida a la reflexión total de la luz, originada cuando ésta atraviesa capas de aire de distinta densidad. Así objetos lejanos ofrecen una imagen invertida como si se reflejasen en el agua, o bien aparecen flotando en el aire o sobre la superficie del mar.

Pero… ¿cuál es el mecanismo que los forma?

Ya se apuntaba en el primer párrafo: el cambio de dirección que experimenta la luz al pasar de un medio a otro de diferente densidad, que se mide con el índice de refracción, que no es más que la relación entre la velocidad de la onda en un medio de referencia (el vacío para las ondas electromagnéticas) y su velocidad en el medio del que se trate.

Así, cuando la onda de luz incide oblicuamente sobre la superficie de separación de los dos medios, y si éstos tienen índices de refracción distintos, se produce la refracción. El ejemplo clásico de este fenómeno es el de un lápiz y otro objeto semi-sumergido en un vaso con agua: la cuchara parece quebrada.

También se produce refracción cuando la luz atraviesa capas de aire a distinta temperatura (y por ello densidad), de la que depende el índice de refracción. Los espejismos son producidos por un caso extremo de refracción, denominado reflexión total.

Los espejismos pueden ser de dos tipos: superiores e inferiores, dependiendo de en qué lugar se encuentra la capa de aire caliente.

¿Cómo es eso?

Los espejismos superiores se producen cuando el aire que está cerca de la superficie es más frío (y por lo tanto más denso) que el aire que se encuentra justo encima. Esta inversión térmica se suele dar en latitudes altas donde los mares son fríos y la capa de aire cercana a la superficie del mar está más fría que la superior. La luz ascendente es refractada hacia abajo por la capa cálida produciendo una imagen invertida que parece flotar en el cielo.

Los espejismos inferiores son más comunes, y se producen cuando el aire que está más cerca de la superficie es más caliente (y por lo tanto menos denso) que el aire que se encuentra justo encima. Este fenómeno se observa preferentemente en los desiertos donde el espejismo puede dar la apariencia de un lago o mar desde cierta distancia y, en un ejemplo mucho más cercano, en el asfalto recalentado de las carreteras, con la apariencia de una superficie líquida que refleja imágenes, como un charco. Pero cuanto más se avanza hacia esa zona más parece alejarse, hasta que de repente desaparece.

Veamos algunas imágenes más:

Nota sabionda: Si hace mucho calor y el asfalto de la carretera está muy caliente, incluso se puede apreciar a simple vista como asciende el aire caliente. Y la diferente densidad de ese aire ascendente provoca que llegue una imagen borrosa al observador, pues el diferente índice de refracción hace que la luz se refracte de forma continua al atravesar las distintas capas de aire y se curve.

Nota sabionda: Una cosa parecida ocurre al repostar el automóvil. Si el día es soleado se puede observar en los alrededores de la entrada al depósito, un efecto óptico, una distorsión de imagen. En este caso provocada por los gases desprendidos por el combustible. De una densidad diferente al la del aire circundante y por ello provocadores de refracción.

Respuesta a una consulta de Leonel Domínguez Quijano

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La temperatura del polo, sí… pero… ¿de cuál?

Porque en contra de lo que podría pensarse, las temperaturas del Polo Norte y del Polo Sur difieren notablemente entre sí.

El Polo Sur es el más frío de los dos. En la estación rusa Vostok se ha llegado a registrar la temperatura más baja medida alguna vez en la Tierra: -89,2 ºC el 21 de julio de 1983. Y en la base norteamericana Amundsen-Scott, es común registrar temperaturas por debajo de los -50 ºC, que es la temperatura promedio anual para el continente.

En cambio, en el Polo Norte, si bien las temperaturas descienden por debajo de los -40ºC, no llegan a los extremos del Polo Sur, manteniéndose la media anual alrededor de los -30 ºC.

Esta diferencia climática se debe a que la Antártida es un continente helado y el Polo Norte un mar congelado en el centro del Océano Ártico, en la llamada cuenca de Nansen.

La Antártida es un continente donde el hielo y la nieve cubren una enorme masa de tierra hasta una altitud media de 2.835 m sobre el nivel del mar y una altitud puntual de hasta 4.000 m. Como se estima que el espesor de la capa de hielo es de unos 2.700 m, la tierra estaría prácticamente a nivel del mar.

Entonces… ¿cuáles son los mecanismos que causan esta diferencia térmica?

El agua posee un alto calor específico, lo que significa que para calentar una determinada cantidad de agua se necesita un aporte de energía mayor que el que requieren otros elementos. Tarda más tiempo en calentarse y también más en enfriarse.

Así, los océanos se calientan muy lentamente y también tardan más tiempo en desprenderse del calor que han acumulado, dando como resultado un clima más suave. Y eso es lo que ocurre en el Polo Norte.

En cambio, en el Polo Sur existe un clima continental sin que se sienta la acción reguladora del océano, por lo que el frío es más extremo, al desprenderse más rápidamente del calor acumulado durante el día. La altitud también contribuye, ya que a mayor altura la temperatura desciende. Y es allí precisamente, en los puntos más altos, donde se registran las temperaturas más extremas.

Nota sabionda: La Antártida es el único continente que no tiene una población humana permanente.

Nota sabionda: No hay una razón a priori para posicionar el Polo Sur en un huso horario, pero por una razón de conveniencia práctica, la Base Amundsen-Scott mantiene el tiempo de Nueva Zelanda.

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Es realmente molesto un parabrisas empañado. Y peligroso cuando se empaña de repente y las condiciones atmosféricas son adversas: lluvia, nieve… o simplemente es de noche.

Así que es necesario desempañarlo lo antes posible y mantenerlo así para tener visibilidad y facilitar la conducción.

Pero para saber la mejor forma de hacerlo es conveniente saber primero por qué se empaña.

Tanto el parabrisas como el resto de lunas del coche se empañan cuando el aire está húmedo y el cristal está suficientemente frío para que el vapor de agua se condense sobre él. Como lo más habitual es que haya más humedad dentro del habitáculo cerrado del coche que en el exterior y que la temperatura interna sea más elevada que la externa, el cristal se empaña por dentro.

Y la razón de esta diferencia de humedad y de temperatura son los propios ocupantes del vehículo. El vapor de agua que exhalamos con la respiración, la evaporación de agua de las prendas y objetos por la temperatura corporal… Por eso se empañan más rápidamente cuanto más ocupantes hay en el vehículo.

Sabiendo que el factor determinante es la humedad, es fácil deducir que lo que se debe hacer para desempañar el cristal es secar el ambiente. ¿Y cómo?

No es cuestión de dejar de respirar, así que bastará abrir un poco las ventanas para que el aire del menos húmedo del exterior penetre y los seque, o poner en marcha el aire acondicionado dirigido al parabrisas para secarlos más rápidamente. Pero ¿aire caliente o frío?

En realidad no importa la temperatura del aire porque no se empañan por diferencia térmica. Se empañan por condensación de humedad, así que hay que secar los cristales, no enfriarlos o calentarlos. Por ello tomaremos la solución más cómoda, y si en el exterior hace frío no abriremos las ventanas ni pondremos el aire frío para congelarnos, si no que usaremos la calefacción. Y si en el exterior no hace excesivo frío y en el interior hace calor, abriremos las ventanas o pondremos el aire frío. O ambas cosas a la vez.

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Es habitual poder ver a estas gráciles aves zancudas mantenerse sobre una sola de sus delgadas patas. Pero… ¿por qué lo hacen? ¿no es una postura incómoda?

Mantienen esta curiosa postura para regular su temperatura corporal.

El plumaje de las aves mantiene la temperatura de su cuerpo al funcionar como aislante, pero el pico y las patas, al carecer de plumas, son zonas del cuerpo por las que se pierde calor.

Pérdida que se acrecienta cuando el flamenco se encuentra en el agua, por lo que adopta en ella con mayor frecuencia la mencionada postura, replegando una de su largas patas (con mucha superficie de contacto) bajo el cobijo de su plumaje. Así la pérdida de calor se reduce a casi la mitad.

Este mecanismo es utilizado por otras aves zancudas como las cigüeñas.

En cuanto a la incomodidad, esta no es tal. Nos parece una postura incómoda a nosotros porque nos es difícil de mantener sin perder el equilibrio, pero las patas del flamenco possen un mecanismo de bloqueo que encaja la articulación de la pata de apoyo, de tal manera que el animal no realiza ningún esfuerzo muscular para mantenerse así.

Un mecanismo similar al que evita que los pájaros se caigan de las ramas en las que se posan.

Nota sabionda: Los flamencos se alimentan de crustáceos y algas. Los carotenoides que obtienen de su comida son los que tintan su plumaje: desde el blanco de las crías al rosa o rojo luminoso de los adultos sanos.

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Algodón de azúcar: una imagen ligada a la infancia y a las ferias. Tan mágico en su creación y tan etéreo como dulce.

¿Qué curioso no se ha preguntado cómo se hace? Sí, todos hemos visto las hebras y como el vendedor las enrolla alrededor del palito hasta conseguir la gigantesca masa que nos entrega. Pero… ¿cómo se transforman los granos de azúcar en ese algodón?

Ante todo decir que lo de algodón es por el parecido tacto y aspecto, por nada más.

Para fabricarlo se utiliza una máquina especial que consta de un recipiente circular (como un barreño) y de un pequeño núcleo que gira por el efecto de un motor. En este núcleo hay un pequeño cuenco con una gran cantidad de diminutos agujeros y con una fuente de calor bajo él.

El azúcar —y el colorante rosa— se vierten en el cuenco giratorio. El calor derrite el azúcar y por efecto de la fuerza centrífuga el dulce sale despedido por los orificios en forma de hilos que, antes de recogerlos, hay que esperar a que se enfrían y solidifiquen.

Y es por efecto del calor que el azúcar pierde su estructura cristalina para hacerse amorfa, lo que permite que forme una fibra tan suave y flexible, a la que se pueden enrollar más fibras de azúcar, hasta formar la nube algodonosa que se vuelve pegajosa con la humedad y que se deshace rápidamene en la boca.

Nota sabionda: El algodón de azúcar se hizo popular en 1904 y sigue siéndolo en la actualidad, asociándose a ferias, espectáculos circenses y actividades festivas en general. Aunque las raciones son de gran volumen y realmente enormes para un niño, no son especialmente calóricas, pues la ración se limita a una cucharada de azúcar y aire. Eso sí, mucho aire.

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En esta entrada se trató acerca de la temperatura más baja que se puede alcanzar: el cero absoluto. Ahora, el buen curioso se pregunta: ¿Y la más alta?

La energía interna es la energía que una sustancia contiene en su interior debido al hecho de que sus átomos y moléculas están en movimiento. Y la temperatura es un concepto inventado por el hombre para asignar un número a esa energía, de manera que podamos comparar o establecer aumentos o disminuciones.

Entonces una mayor temperatura se corresponderá a una mayor velocidad de vibración, de desplazamiento y de choque de los átomos y moléculas que forman la sustancia. Y si existe límite a la temperatura que se puede alcanzar vendrá determinado por un máximo de velocidad.

¿Existe ese límite de velocidad para el desplazamiento de las partículas atómicas? Veamos antes qué sucede al calentar un sólido añadiéndole energía calorífica.

En primer lugar se operará un cambio de estado y el sólido se fundirá en un líquido, situación en la que las moléculas gozarán de más libertad de movimiento y podrán seguir aumentando su velocidad. Después se operará un nuevo cambio de estado físico y el líquido se evaporará convirtiéndose en vapor o gas, en una condición en la que sus átomos y moléculas se moverán rápida y libremente en todas direcciones.

Si la sustancia está compuesta de moléculas, tarde o temprano éstas se desharán en fragmentos más pequeños o en átomos como resultado de las violentas colisiones y la elevada velocidad. Incluso los átomos se romperán a una temperatura lo suficientemente alta, con los electrones arrancados de sus órbitas y los núcleos atómicos disgregados, dando como resultado un hirviente y fluido infierno de electrones libres y fragmentos atómicos cargados, que conocemos con el nombre de plasma y que muchos califican de cuarto estado de la materia.

¿Podemos seguir calentándolo? Sí, pero hasta un límite. Hasta que esas partículas alcancen la máxima velocidad posible en el Universo: la velocidad de la luz en el vacío. Una velocidad fijada en 1.080 millones de Km/h (300.000 Km por segundo).

La Teoría de la Relatividad de Einstein nos explica que cualquier objeto, un electron por ejemplo, puede aproximarse a la velocidad de la luz pero no alcanzarla. También que conforme una partícula se mueve más rápidamente se vuelve más pesada. Así que ha de existir un límite antes de que las partículas de un plasma alcancen la velocidad de la luz y un peso infinito. Consideraciones teóricas sitúan esa temperatura en 14×10^31 grados.

No se puntualiza si Fahrenheit o Celsius, pero a esos niveles… ¡qué más da!

Nota sabionda: Este estado de agregación fue identificado por primera vez por Sir William Crookes en 1879, y fue denominado plasma por Irving Langmuir.

Nota sabionda: El estado de plasma es más corriente de lo que parece. De hecho, la mayor parte de la materia del Universo visible se encuentra en estado de plasma. La materia de las estrellas y las nebulosas, por ejemplo, se encuentra en ese estado merced a las elevadas temperaturas.

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El cero absoluto es el cero en la escala Kelvin, el equivalente a -273,15º C, pero… ¿qué significa? ¿la ausencia de calor? ¿la temperatura más baja posible?

Primero es necesario distinguir entre energía interna, calor y temperatura, para aclarar ideas. El calor La energía interna es la energía que una sustancia contiene en su interior debido al hecho de que sus átomos y moléculas están en movimiento. El calor es el flujo o transferencia que se da de forma espontánea entre dos cuerpos de diferente energía interna. Y la temperatura es un concepto inventado por el hombre para asignar un número a esa energía, de manera que podamos comparar o establecer aumentos o disminuciones.

Así, cuando decimos que aumenta la temperatura de una sustancia, que se calienta, lo que decimos realmente es que sus átomos y moléculas se mueven más rápido porque se le ha añadido energía calorífica. Y cuando decimos que la temperatura disminuye, que la sustancia se enfría, lo que decimos realmente es que sus átomos y moléculas se mueven más lentamente porque pierden energía calorífica.

Tanto la escala Celsius como la Fahrenheit nos proporcionan una medida de esa variación energética, pero no marcan sus límites referidas a ese movimiento molecular, sino a otros fenómenos. Por ejemplo, la escala Celsius tiene el 0 en el punto de congelación y 100 en el punto de ebullición del agua. Y la Fahrenheit cifra esos mismos sucesos físicos en 32 y 212 grados. La esencia del problema es que ninguna de las dos escalas de temperatura contempla el cero de contenido calorífico, la total ausencia de calor.

Lord Kelvin (1824-1907), aristócrata y científico británico, preparó una escala de temperaturas que comienza en la nada de calor, en la situación en que una sustancia es tan fría como puede llegar a ser, en el cero absoluto. Cuando los átomos y las moléculas de la sustancia dejan de moverse por completo y no hay ninguna energía calorífica.

Nota sabionda: En realidad el movimiento atómico y molecular no se detiene del todo en el cero absoluto. Según la mecánica cuántica siempre queda una pequeña porción de energía residual, llamada energía de punto cero, para poder así cumplir el principio de indeterminación de Heisenberg. El cero absoluto no puede ser alcanzado aunque se han realizado experimentos que se han acercado a unas billonésimas de grado de él.

Nota sabionda: Según la teoría a esa temperatura un gas se solidificaría y se encogería tanto con el frío que llegaría a desaparecer.

Nota sabionda: A temperaturas cercanas al cero absoluto se dan fenómenos especiales en la materia, como son la superconductividad y la superfluidez.

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Si exhalamos aire con la boca abierta, el aire expulsado es caliente. En cambio, si lo soplamos juntando los labios, el aire expulsado es frío. Esto es algo fácilmente comprobable con un gesto tan sencillo como colocar la palma de la mano frente a la boca y expulsar aire con la boca abierta o prácticamente cerrada. Y es algo tan simple que desde bien pequeñitos aprendemos la diferencia entre el aliento cálido y el soplido fresquito.

Como el aire proviene del interior de nuestros pulmones, se encuentra aproximadamente a la temperaturea corporal y al dejarlo salir sin cortapisas por la boca abierta, es aire caliente. Útil para empañar el cristal de unas gafas antes de limpiarlas, calentar las manos ateridas de frío o intentar subir la temperatura del termómetro para simular fiebre.

La sola modificación de la abertura bucal le imprime más velocidad, sin que hagamos ningún esfuerzo suplementario. Así soplamos velas, obtenemos pompas de jabón o hacemos girar un molinillo de papel. Pero también baja su temperatura, lo que nos es muy útil para enfriar la sopa o un guiso demasiado calientes, para calmar la piel en una pequeña quemadura o el escozor del alcohol en una herida.

Pero… ¿a qué se debe ese cambio de temperatura?

Cuando soplamos mantenemos la boca casi cerrada, de forma que el aire se ve obligado a salir por una abertura mucho más estrecha. Y cuando un fluido con caudal constante pasa de un conducto de mayor sección a otro de menor, necesariamente su velocidad aumenta, según nos indica la dinámica de fluidos, en concreto el efecto Venturi. Y si la energía cinética, que viene determinada por la velocidad, aumenta, la energía determinada por el valor de la presión ha de disminuir forzosamente, según el teorema de conservación de la energía o principio de Bernoulli.

Al encontrarse fuera de la boca y a presión más reducida, el aire se expande. El efecto Joule-Thomson nos dice que si un gas se expande libremente, su temperatura disminuye, pues la distancia entre sus moléculas es mayor y su energía se diluye en un mayor volumen. Por tanto, el aire del soplido tiene una temperatura inferior a la del aliento.

Nota sabionda: A la hora de soplar para enfriar, por ejemplo, una taza de café, el mecanismo es más complejo. Las moléculas del líquido caliente tienen más energía. Al moverse más rápidamente chocan con mayor frecuencia con las moléculas del aire que está sobre el líquido, transmitiéndoles su energía y su calor. Por ello la parte superior del líquido se enfría.
El calor dilata los cuerpos, lo que hace que su volumen aumente, pero como su masa se mantiene igual esto significa que su densidad disminuye. Comoquiera que el líquido del fondo es menos denso que el de la superficie que ya se ha enfriado, el líquido más caliente sube y sustituye al frío y el proceso se repite. Es un mecanismo llamado de convección.
Al soplar sobre el líquido caliente sustituimos el aire que está en contacto con él, y por ello un poco más caliente que el resto, por un aire más frío, creando una diferencia térmica mayor entre el aire y el líquido que la que habría si dejáramos que se enfriara solo. Este proceso, que acelera el enfriamiento, recibe el nombre de convección forzada.

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