Un breve repaso: el frío y el calor

Por tomás unger

Al escribir sobre el cambio climático y los pronósticos de lo que nos espera, hemos compartido que la costa peruana experimentará bajas temperaturas. Cuando hablamos de frío y calor con relación al clima, nos referimos a una sensación. En términos de física, el frío no existe, solo hay calor; es decir, la energía térmica que se transfiere entre dos objetos.

La escala térmica que se usa para medir la temperatura o calor en casi todo el mundo (la notable excepción es EE.UU., que usa la escala Fahrenheit) fue desarrollada por el astrónomo sueco Anders Celsius, quien en 1742 propuso una escala de 100 grados ?centígrados (°C)? para medir la temperatura entre el estado sólido del agua (hielo) y el gaseoso (vapor). Celsius propuso que ?100? representara el estado sólido y ?0? el vapor.

Son varios los científicos que desarrollaron termómetros de mercurio para medir los centígrados, pero fue el botánico sueco Carlos Linneo el primero en darle la vuelta a la escala y usar un termómetro de mercurio de 0 °C a 100 °C para medir la temperatura de su vivero. En 1948, el Comité Internacional de Pesas y Medidas (CIPM) rechazó el uso del centígrado para medir la temperatura, por ser esta la escala para medir ángulos. En su conferencia general estableció oficialmente el uso de grado Celsius, con el símbolo °C.

?El cero absoluto?

La escala absoluta es la de Kelvin, creada por el británico William Thomson (Lord Kelvin) en 1848, que usa los mismos intervalos de temperatura que la escala Celsius, pero parte del cero absoluto. Esta es una cifra teórica que denota la ausencia total de energía, 0 grados Kelvin es igual a -273,5 °C.

El nitrógeno se licúa a los 63,15 grados Kelvin (-210 °C), temperatura que nos mataría de inmediato. Pero aun así, el nitrógeno líquido tiene calor (energía térmica) y está bien por encima del cero absoluto.

?Movimiento del calor?

Nuestro concepto de calor y frío depende del sentido y la velocidad con la que se mueve el calor con respecto a nuestro cuerpo. Los aproximadamente 7 mil millones de seres humanos en la Tierra ?a pesar de vivir en climas diferentes? tienen entre 36 °C y 37 °C de temperatura, a no ser que estén enfermos. Si pierden temperatura muy rápido, sienten frío; si tienen dificultad en irradiar la energía que generan, sienten calor.

Si en el cuarto en que estamos tocamos algo de metal, decimos que esta frío; lo que no diríamos si tocamos una almohada, a pesar de que ambos objetos están a la misma temperatura. Eso se debe a que el metal es un buen conductor: se lleva rápido el calor de la mano y sentimos que nuestros dedos se enfrían. La almohada, en cambio, es buen aislante y no permite que los dedos se enfríen rápido. Nuestro cuerpo, a unos 36 °C, está continuamente perdiendo un poco de calor por contacto con el aire.

?El movimiento del aire?

Un recurso que tenemos contra el calor es abanicarnos. El aire, cuanto más rápido pasa, más calor se lleva. La corriente de aire refresca, a menos que esté a mayor temperatura que nosotros, como en un baño turco. Allí, el aire está a unos 50 °C, más de 14 °C por encima de nuestra temperatura normal. Si nos abanicamos, nos calienta y sentimos más calor. Un ventilador eléctrico solamente funciona cuando la temperatura del ambiente está por debajo de nuestra temperatura.

Como todos los gases, el aire se expande al calentarse y se contrae al enfriar. Esto hace que el aire frío pese más que el caliente. Esto hace bajar al aire frío mientras que el aire caliente sube.

?La temperatura?

Los gases que componen el aire (nitrógeno en un 78%, oxígeno en un 20,95%, argón en un 0,93% y 0,04% de dióxido de carbono) tienen un punto de licuefacción muy bajo, por lo que pueden alcanzar muy bajas temperaturas. En los lugares más fríos del planeta, el aire alcanza temperaturas de -50 °C: el vapor que exhalamos se condensaría de inmediato y no podríamos tocar un material conductor, como el hierro, a riesgo de perder un dedo.

Bajo ciertas circunstancias el aire alcanza altas temperaturas y asciende rápido, causando corrientes verticales. Cuando las diferencias de temperatura son al mismo nivel, las corrientes son horizontales y causan vientos.

La dinámica del aire ?debido a la variación de temperatura? está bien ilustrada en la dinámica de un huracán: la fuente de energía es el calor de la superficie del mar, que hace subir el aire, y la rotación del planeta le da la dirección de giro. Mientras haya agua caliente en la superficie, hay energía disponible para mantener el huracán. Por eso, cuando pasa a tierra, necesariamente va perdiendo fuerza, y al bajar la temperatura, se condensan las nubes y comienzan las grandes lluvias.

?Evaporación?

El agua, al evaporarse, consume energía térmica. Esa es la razón por la cual el sudar nos refresca, porque consume calor y baja nuestra temperatura. La evaporación no depende solo de la temperatura, sino del grado de saturación de la atmósfera.

A escala humana, esto determina la humedad de nuestra ropa y la sensación de frío o calor que sentimos. A escala del clima, la evaporación determina la altura, densidad, temperatura y saturación de las nubes. Los vientos fijan su forma y desplazamiento. El estudio de las nubes es una ciencia muy compleja que solo podemos mencionar acá.

Al inicio de este artículo hemos visto que en termodinámica no existe el frío y solo hay temperatura. Sin embargo, en la vida cotidiana el concepto de frío, además de útil, es lógico, y lo usamos no para describir sensaciones y para ilustrar grados relativos de calor. Llamamos frío a una pérdida de calor más rápida de lo que puede reponer nuestro metabolismo, y calor cuando no podemos irradiar lo suficientemente rápido el aumento de temperatura que genera nuestro cuerpo.

Se entiende perfectamente cuando decimos que en un lugar hace más frío que en otro, a pesar de que en términos de física lo que estamos comparando son grados de calor.