Es uno de los más indispensables electrodomésticos de la actualidad, el que nos evita acarrear hielo o excavar fresqueras en el subsuelo como se hacía hace años, para preservar los alimentos.

¿Te has preguntado alguna vez cómo funciona? Pues se basa en el llamado ciclo de Carnot: ciclo termodinámico ideal reversible con un rendimiento máximo. ¿Cómo es eso? Vamos a ver:

Para la refrigeración se han utilizado tradicionalmente uno de los fluidos refrigerantes clorofuorocarbonados —denominados CFC— que circula por un circuito cerrado merced a un compresor de gas (motor).

El circuito pasa por la parte interna y por la parte externa de la pared posterior del aparato siguiendo el siguiente ciclo:

1. El fluido circula por la parte interna en estado líquido y frío, así que toma calor de los alimentos (y por consiguiente los enfría).
2. Al aumentar la temperatura del fluido éste se evapora convirtiéndose en gas y así pasa a la parte exterior en donde, al circular por el serpentín, va cediendo el calor que tomó al ambiente hasta igualar su temperatura con la del exterior.
3. Dicho fluido llega ahora al compresor como gas, a baja presión y a temperatura ambiente. El compresor lo comprime (reduce su volumen) y el fluido se licúa.
4. Pasa a través de un estrechamiento al interior. Ahí, al disminuir la presión el fluido se expande y se enfría, quedando así en disposición de absorber el calor de los alimentos nuevamente empezando un nuevo ciclo.

Nota sabionda: La energía que necesariamente se le ha de suministrar al sistema para los ciclos de compresión-expansión es eléctrica.

Nota sabionda: Los CFC se han revelado como los principales causantes de la destrucción de la capa de ozono, por lo que en 1978 se firma el Protocolo de Montreal para restringir el uso de estos compuestos. En los frigoríficos modernos se usa el refrigerante HFC-134a 1,2,2,2-tetrafluoretano que no daña al ozono.

Entrada elaborada a partir de la información ofrecida en Wikipedia, aquí y aquí, además de en otros sitios.

El término entropía lo introdujo el físico alemán Rudolf J. E. Clausius en 1850 para representar el grado de uniformidad con el que está distribuida la energía, sea de la clase que sea. Cuanto más uniforme es la distribución, mayor es la entropía.

Cualquier diferencia de energía en un sistema tiende a igualarse por sí sola. Pensemos en un objeto caliente (con mayor energía calórica) que entra en contacto con uno más frío, el primero se va enfriando a medida que el segundo se calienta, hasta que ambos alcanzan la misma temperatura; o en dos depósitos de agua comunicados entre sí, uno con el nivel más alto que el otro (mayor energía potencial o gravitatoria), el agua pasará de un depósito al otro hasta que los niveles se igualen. Es decir, la naturaleza se encarga de igualar las diferentes concentraciones de energía con el paso del tiempo, o lo que es lo mismo, que la entropía aumenta con el tiempo.

Algo parecido ocurre con nuestro universo, en el que la energía que mana de las estrellas se va distribuyendo por el vacío interestelar en un proceso conocido por degradación, en el que la energía de todos los puntos del universo tienden a la igualación, a la vez que su entropía aumenta.

El estudio de estos flujos de energía se realizó sobre la energía térmica, por lo que recibió el nombre de termodinámica (movimiento de calor). Tan importante es el concepto de que la entropía aumenta con el tiempo que se le conoce como segundo principio de la termodinámica.

La entropía es también un indicador de desorden. Cuando la energía tiende a igualarse, los átomos están más libres, menos condensados, con lo que el desorden es mayor debido a sus movimientos aleatorios. En cualquier situación es fácil observar el aumento del desorden y como para restaurar el orden en un sistema es necesario realizar un esfuerzo especial, un trabajo fruto de una nueva energía introducida en el sistema.

Nota sabionda: El primer principio de la termodinámica es el que dice que la energía no se crea ni se destruye, sólo se transforma.

Nota sabionda: El aumento de entropía puede ser utilizado para realizar un trabajo. Por ejemplo calentar una habitación con un radiador o mover las ruedas de un molino con un salto de agua. Cuando la entropía de un sistema es máxima es imposible que se pueda realizar ningún trabajo.

En cuanto llega el verano el personal se tumba en la playa a tomar el sol. Pero si no se hace con cuidado podemos sufrir molestas y dolorosas quemaduras solares.

Para evitarlas usamos lociones protectoras solares, pero… ¿sabemos cómo funcionan? ¿y qué significa el número que señala su factor de protección?

De entre todas las radiaciones emitidas por el Sol (infrarrojos, rayos X, luz visible…) la verdaderamente peligrosa para nuestra piel es la ultravioleta (UV). Esta radiación se subdivide en tres regiones de energía (A, B y C). La UVC es absorbida por la capa de ozono de la atmósfera y son la UVA y la UVB las que causan las quemaduras solares y el cáncer de piel.

Las células de la epidermis reaccionan ante estas radiaciones fabricando melanina para su autodefensa, causando con ello el buscado bronceado. Pero no está de más ayudarlas usando una loción protectora solar.

Los protectores solares son una mezcla de productos químicos en una base cosmética. Estos productos tienen la característica de que absorben grandces cantidades de radiación UV aún estando dispuestos en capas muy finas.

Estas lociones siguen una gradación según su SPF o factor de protección solar. Pero el número no dice cuánta radiación interceptan, sino el tiempo de exposición. Es decir, con un SPF 10, se puede estar diez veces más tiempo expuesto al Sol que sin protección.

Suponiendo que determinada piel a la hora de estar expuesta al Sol se quema, con un SP 10 puede estar expuesta 10 horas antes de quemarse. Y si el factor es 50, pues 50 horas, aunque al final se quemaría igual que estando una hora sin loción protectora.

Así que el número es un indicativo, pero no de la protección que nos proporciona en las tres o cuatro horas de playa un determinado SPF.

Veamos. Una loción que filtre el 50% de la radiación dañina, lo que nos permitirá exponer nuestra piel el doble de tiempo, será de un SPF 2. Otra que filtre el 75% nos deja expuestos al 25%, lo que nos permitirá exponernos cuatro veces más tiempo, y tendrá un SPF 4.

Para no seguir con el razonamiento, será mejor utilizar la siguiente fórmula para averiguar el porcentade de radiación ultravioleta absorbida según el SPF:

(SPF – 1)100/SPF

Así comprobamos que un SPF 15 absorbe un 93,3% de UV y un SPF de 30, aunque es el doble, absorbe un 96,7%, es decir, sólo un 3,4% más.

Nota sabionda: El avobenzone o el Parsol absorben UVA, el octil metoxicinamato o el homosalato o el octil salicilaro absorben UVB y el oxibenzono y otros benzofenones absorben ambas.

El sudor es un líquido salado y transparente —compuesto en un 99% de agua— que segregan las glándulas sudoríparas de todos los mamíferos para regular la temperatura corporal. Cuando ésta aumenta, se provoca la transpiración y al evaporarse el líquido de la superficie de la piel, refresca el cuerpo, en un proceso como el explicado anteriomente. Aunque también cumple otras funciones como proteger e hidratar la piel garantizando su propiedades biomecánicas

Muy bien: sudamos para regular la temperatura corporal. Pero ¿qué nos hace sudar? ¿qué pone en marcha este mecanismo refrigerante?

Podemos distinguir entre un sudor físico y un sudor, digamos, emocional.

En el primer caso una temperatura ambiente elevada, la ingesta de un alimento o bebida caliente, el ejercicio físico o un proceso febril que aumenta la temperatura corporal, son motivos suficientes para desencadenar el mecanismo de la transpiración, poniendo en marcha unas gándulas llamadas ecrinas, cuya sudor tiene una olor prácticamente imperceptible. Se manifiesta por todo el cuerpo, pero con espacial incidencia en las palmas de las manos y las plantas de los pies.

En el segundo caso, nuestro cuerpo segrega adrenalina —hormona que nos prepara para una rápida respuesta— para responder a situaciones de peligro, nervios, vergüenza, tensión o miedo. Aquí se ponen en marcha además de las glándulas ecrinas las apocrinas, cuya secreción contiene lípidos y aminoácidos, que son los responsables del mal olor al ser estas sustancias descompuestas por la flora bacteriana de nuestra piel. Esta sudoración se produce casi de forma inmediata ante el estímulo y se localiza principalmente en la frente, las palmas de las manos, las axilas y las plantas de los pies: se trata del típico sudor frío.

Nota sabionda: La cantida media de sudor es de un litro diario, pero en condiciones extremas podemos llegar a sudar hasta 10 litros. La transpiración causada por emociones puede llegar a ser hasta cinco veces superior a la originada por el ejercicio físico.

Nota sabionda: Es muy importante la hidratación con temperaturas extremas. Evita una pérdida desmesurada de agua del organismo mediante el sudor, pérdida que podría incluso afectar al volumen del torrente sanguíneo. Esto es mucho más importante en el caso de un bebé, pues superficie corporal es muy grande en comparación a su peso.

El agua del mar lleva disuelta en su interior multitud de elementos químicos. Entre éstos los más abunantes son los iones de cloro y de sodio, que representsan el 90% de los iones disueltos en el mar. Éstos reaccionan entre sí para formar el cloruro sódico (ClNa), es decir, la sal común.

Pero ¿cómo han llegado esos elementos al agua? Para responder a esa pregunta sigamos el ciclo del agua.

El calor del Sol evapora agua del mar (solamente agua, las sales disueltas se quedan), este vapor de agua forma las nubes que son desplazadas por el viento y que al llegar a zonas más frías o chocar con las elevaciones de terreno se precipita hacia tierra en forma de lluvia. Este vapor de agua se combina con el dióxido de carbono (CO₂) del aire formando ácido carbónico (H₂CO₃), así que al agua de lluvia tiene un carácter ácido que reacciona con los materiales de las rocas, erosionándolas y arrastrando sus elementos químicos a los ríos y de éstos al mar.

Este proceso —repetido incontables veces— es el responsable de que los elementos disueltos lleguen al mar. Muchos de ellos se depositan en el fondo marino, otros como el calcio (Ca) son aprovechado por los seres vivos y otros iones reaccionan formando sales que permanecen disueltas en el agua, en una proporción cercana al 3,5%.

Pero ésta no es la única vía de llegada de elementos químicos al mar. A causa del movimiento tectónico de placas, el fondo marino se mueve —de forma inapreciable pero constante— dando lugar a la formación de grietas, la aparición de volcanes submarinos y maremotos.

El agua marina se introduce por las fisuras de la corteza terrestre y al entrar en contacto con zonas más calientes reacciona y vuelve a salir a chorro en lo que se ha dado en llamar chimeneas hidrotermales, que conducen el agua caliente de abajo hacia arriba, llevando consigo nuevos elementos químicos. Asimismo el aporte de elementos de la corteza o de capas más profundas llevado a cabo por los volcanes submarinos también se ha de tener en cuenta.

Respuesta a una consulta de Daniela

Nota sabihonda: Todos los océanos abiertos contienen elementos disueltos en proporciones muy próximas, de tal forma que toda el agua del mar puede tratarse como una mezcla uniforme diluida con cantidades variables de agua dulce. En cambio, el mar Muerto —que en realidad es un lago de grandes proporciones— es aproximadamente diez veces más salado que los océanos. La salinidad de 35 gramos por litro del resto de los mares es de 350 a 370 gramos por litro en él, por lo que, salvo algunos microorganismos, no hay ningún ser vivo que pueda vivir en él. De ahí su nombre.

Un botijo es una vasija de barro cocido que se usa para refrescar agua. Tiene una base redonda y un vientre abultado que se estrecha en la parte superior donde se encuentra asidero por el que se agarra el botijo. A un lado del asa se encuentra la boca por la que se procede al llenado mientras que en el lado opuesto se halla el pitorro o pitón por el que se desliza el chorro de agua al beber de él.

El funcionamiento del botijo es muy sencillo: se basa en la refrigeración por evaporación.

El botijo está hecho de un material muy poroso. El agua del interior se filtra por los poros de la arcilla y en contacto con el ambiente seco exterior característico del clima mediterráneo se evapora por esos minúsculos agujeritos. Pero para pasar al estado gaseoso el agua necesita energía (calor) y puede tomarla del ambiente, pero también del líquido que queda en el interior, bajando así su temperatura.

Este efecto podemos notarlo en diferentes situaciones: cuando se riegan las calles en verano para refrescar el ambiente, cuando nos ponemos una compresa mojada sobre la frente para disminuir la fiebre o cuando sudamos y al evaporarse el sudor refrigeramos nuestro cuerpo. Como ya sabemos el agua es un ávido consumidor de calor, por eso es agente refrigerante muy efectivo

Nota sabionda: Es una costumbre habitual en Andalucía, dejar unas horas el botijo lleno de agua con un chorrito de anís antes de usarlo por primera vez.

Nota sabionda: En condiciones favorables se puede conseguir una disminución de temperatura de unos 10 a 15ºC.

El método más común —aunque no el único— para apagar un fuego es rociarlo con agua. Pero ¿por qué el agua apaga el fuego?

Para responder a esta pregunta primero debemos saber cómo funciona un fuego. Para que éste exista se necesitan tres elementos (llamados triángulo del fuego):

1. combustible
2. oxígeno
3. calor

Llamamos combustible a cualquier sustancia capaz de arder, pero más concretamente a aquellas que arden con facilidad, a las que tienen un punto de combustión mas bajo (gasolina, alcohol, carbón, acetileno…)

El oxígeno es un elemento esencial para que se lleve a cabo la combustión, es indispensable para que ocurran las reacciones químicas inherentes al fuego.

Para que el fuego se inicie, ha de haber suficiente calor como para que el combustible reaccione con el oxígeno. Una vez que el fuego comienza, el calor resultante de la propia combustión permite que más combustible se una con el oxígeno. El fuego produce más fuego, se realimenta en un proceso que solo finaliza si se acaba el combustible o el oxígeno.

El agua es un buen agente extintor porque es incombustible, no puede arder. Cuando se la acerca al fuego absorbe rápidamente el calor que éste desprende, la energía cinética de sus moléculas aumenta y se mueven cada vez más rápido distanciándose unas de otras, de tal manera que se transforma en un gas llamado vapor de agua: ha pasado del estado líquido al estado gaseoso.

En este proceso absorbe gran cantidad de calor y, en consecuencia, disminuye la temperatura del fuego, lo enfría; evitando así la reacción entre el combustible y el oxígeno.

Los bomberos utilizan en algunos casos unos pitones especiales en sus mangueras que lanzan el agua en forma de neblina, en unas gotitas muy pequeñas, lo que facilita que el agua se convierta en vapor y el proceso de extinción se acelere.

Una vez apagado el fuego en una zona, el agua lo moja y evita que éste vuelva a prender, al protegerlo con una ligera capa incombustible que la aisla del oxígeno.

Si el fuego se da en recintos cerrados el agua tiene una ventaja adicional. El vapor ocupa mucho más espacio que el líquido (en este caso aumenta el volumen unas 1700 veces) y puede desplazar el oxígeno del lugar, y sin él no hay fuego.

Resumiendo, el agua es excelente para apagar el fuego porque:

1. es incombustible
2. humedece el combustible aislándolo del oxígeno
3. enfría el combustible llevando la temperatura más abajo del punto de combustión

Nota sabionda: Una forma de extinguir un incendio muy focalizado (como por ejemplo un pozo de petróleo) es causar una explosión. La onda expansiva desplaza súbitamente el aire de ese punto. Y sin oxígeno el fuego se extingue. Es un proceso similar a lo que ocurre a escala reducida al apagar una vela de un soplido.

Se pone en la axila, se calienta y marca la temperatura. Fácil.

Pero ¿y si profundizamos un poco más?

Todos los átomos y moléculas de cualquier pedazo de materia están en movimiento, oscilando en todas las direcciones posibles y neutralizándose en el proceso. Así, ese cuerpo no se moverá en virtud de ese movimiento interno, pero toda esa energía llamada cinética —por el griego kinema que significa ‘movimiento’— se manifestará en forma de calor.

Cuando se añade energía térmica a un determinado cuerpo, sus partículas se moverán a una velocidad promedio más rápida, es decir, aumentará su energía cinética. Si por el contrario, sustraemos calor, la velocidad promedio disminuirá y su energía cinética será menor.

Cuando ponemos el termómetro en contacto con nuestra piel, nuestros átomos colisionan con él, lo que hace que los átomos del vidrio choquen contra los átomos del mercurio alojado en su interior. Éstos se moverán ahora más rápido que antes y por ello necesitarán de más espacio, lo que provoca la expansión del mercurio dentro del tubo, en un proceso llamado dilatación.

Cuanta más energía térmica reciba, tanto más lejos llegará en su dilatación.

Aunque ahora surge una duda que a buen seguro habrá intrigado a los curiosos: cuando nos quitamos el termómetro y éste recupera la temperatura inicial ¿cómo es que queda fijada la última temperatura tomada?

Si se observa con atención se puede distinguir un diminuto estrechamiento en el tubo capilar por el que se mueve el mercurio. Cuando se está expandiendo, la presión que ejerce es suficiente para superar el estrechamiento y ascender por el tubo, pero al contraerse lo hará en el receptáculo, porque el tirón hacia abajo no es lo suficientemente fuerte y la columna de mercurio acabará por romerse en el estrechamiento. Esto es así porque las fuerzas de atracción que actúan entre los átomos del mercurio son demasiado débiles para resistir la contracción.

Si estas fuerzas de cohesión fuesen más fuertes, el mercurio sería sólido y no líquido, y no se dilataría con tanta rapidez. Razonamiento que nos sirve para explicar la elección del mercurio frente a otros materiales.

Si queremos volver a utilizarlo no queda más opción que agitarlo para que la fuerza centrífuga nos ayude a devolverlo a su posición inicial.

Nota sabionda: El termómetro fue inventado por Gabriel Fahrenheit.