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| Ambos materiales se sientes distinto a la misma temperatura. Imagen de Gerd Altmann en Pixabay |
A veces, las cosas cotidianas son las que más nos confunden. Cosas como, ¿qué son esos puntos raros en el parabrisas? ¿Por qué la sal rosada es más cara que la normal? ¿Soplar la sopa realmente sirve de algo?
Y aquí hay otra en la que probablemente hayas pensado todos los días fríos desde que tenías seis años. ¿Por qué el metal se siente mucho más frío que la madera, al menos en un día frío? ¿Por qué un pastel se siente menos caliente que el molde en el que se cocinó? ¿Cómo diablos sostiene este tipo un cubo al rojo vivo con sus manos desnudas?
La respuesta es bastante simple, pero requiere un poco de pensamiento lateral. Resulta que no eres el observador objetivo que crees.
¿Por qué el metal se siente más frío que la madera o el plástico?
Imagina que estás afuera, frente a un árbol y una farola. En teoría, deberían tener la misma temperatura, ¿verdad? Ambos están afuera, en el mismo lugar; ninguno acaba de salir del horno ni nada. Y, sin embargo, sabemos, casi instintivamente, que la farola estaría más fría al tacto que el árbol. Entonces, ¿qué está pasando?
Bueno, la clave está en la frase: se siente más frío. Pero, de manera un tanto contraintuitiva, no es literalmente más frío.
“Cuando tocas algo, en realidad no sientes la temperatura”, explicó Derek Muller en un video de 2012 para su canal de YouTube Veritasium. “Sientes la velocidad a la que se conduce el calor, ya sea hacia ti o alejándose de ti”.
En otras palabras: “Se trata de la conductividad térmica”.
Para ilustrar el concepto, invitó a la gente a comparar las temperaturas de un libro y un disco duro, objetos que confirmó usando un termómetro infrarrojo que tenían la misma temperatura. Como era de esperar, todos a los que preguntó decidieron que el libro estaba más cálido, y algunos incluso lo acusaron de mentir cuando reveló la verdad.
Sin embargo, la ciencia es sólida. “El disco duro se sentía más frío a pesar de que estaba aproximadamente a la misma temperatura que el libro”, explicó Muller, “y eso se debe a que el aluminio conduce el calor lejos de tu mano más rápido de lo que el libro conduce el calor lejos de tu mano”.
“[Eso] hace que el disco duro se sienta más frío y el libro se sienta más cálido”.
Pero hay algo que quizás no esperes: lo mismo funciona a la inversa. En otras palabras, dadas dos cosas más cálidas que tu cuerpo, el metal se sentirá más caliente incluso si los materiales están a la misma temperatura.
Ahora bien, en cierto modo, esto es bastante obvio, ¿verdad? Si alguna vez horneaste un pastel, por ejemplo, sabrás que el molde del pastel se “sentirá” más caliente que el pastel dentro; nuevamente, esto se debe a que el metal es un conductor mucho mejor que el pastel, por lo que está impartiendo energía térmica a tu mano de manera mucho más eficiente. Pero puede conducir a algunos resultados poco intuitivos, como demostró Muller con un experimento en el que utilizó un bloque de plástico, uno de aluminio y dos cubitos de hielo.
“Pondré un cubito de hielo en ambos platos. ¿Qué veremos?”, preguntó a los voluntarios, todos los cuales le habían dicho que el aluminio se sentía más frío que el plástico. Como era de esperar, intuyeron que el hielo en el aluminio “más frío” se mantendría sólido y el bloque en el plástico “más cálido” se derretiría.
En cambio, ocurrió exactamente lo contrario.
¿Por qué? “El bloque de aluminio está derritiendo el hielo más rápido que el bloque de plástico porque está conduciendo el calor al cubito de hielo más rápido”, explicó Muller. “El plástico […] es un peor conductor térmico. El calor se transfiere menos rápidamente al bloque de hielo, por lo que se mantiene frío”.
¿Por qué el metal es tan buen conductor del calor?
Así que hemos descubierto por qué el metal puede sentirse mucho más frío o más caliente que otros materiales de la misma temperatura: es porque generalmente son mejores conductores de calor. Pero, ¿qué tiene el metal que le da esta propiedad?
Para responder a estas preguntas, es útil comprender qué implica realmente la “conducción térmica”. Verás, una vez que se llega a una resolución lo suficientemente alta, el calor es solo otra forma de decir movimiento: “Cuando un material absorbe energía térmica, esa energía se transforma en energía cinética, lo que hace que los átomos se muevan”, explica Xometry.
“Pero, como los átomos en los sólidos no tienen mucho espacio para moverse, comienzan a vibrar, y los que están expuestos directamente al calor comienzan a chocar con sus vecinos”, continúa el artículo. “Esta colisión excita a los vecinos, y también comienzan a vibrar. A medida que esto sucede y continúa moviéndose desde la parte caliente a la parte fría de un material, el calor también comienza a moverse más hacia abajo. Es algo así como una onda que se propaga desde una piedra que golpea la superficie de un estanque”.
Ahora, piensa en esto por un momento y comenzarás a darte cuenta de que el metal tiene algunas ventajas sobre, digamos, la madera en lo que respecta a la conductividad térmica. El metal va a tener sus átomos y moléculas más densamente empaquetados que la madera, lo que hace que sea mucho más fácil que más partículas choquen entre sí; En la misma línea, la madera literalmente tendrá agujeros, lo cual es útil para que el agua y los nutrientes suban desde las raíces, pero no es ideal para crear una cadena ininterrumpida de moléculas que se mueven.
El hecho de que la madera sea un compuesto también influye en su baja conductividad: está formada por celulosa, hemicelulosa, lignina y tanino, que a su vez se descomponen en toda una gama de elementos en diferentes cantidades según el árbol del que se obtenga. Cuando las partículas se encuentran con estos cambios, se dispersan y se desvían de su camino, lo que básicamente diluye la conducción térmica a través del material.
Pero lo que realmente le da al metal la ventaja sobre, por ejemplo, el plástico, un material que también puede tener estructuras moleculares regulares y densas y, sin embargo, tener simultáneamente una conductividad térmica relativamente baja, son sus electrones libres.
"Algunos de los electrones en un trozo de metal pueden dejar sus átomos y moverse en el metal como electrones libres", explica BBC Bitesize. "Las partes de los átomos de metal que quedan atrás ahora están cargadas positivamente y se llaman iones metálicos".
"Cuando los electrones libres absorben energía térmica, se mueven mucho más rápido", continúa. "A medida que se mueven a través del metal, los electrones libres chocan con los iones metálicos. Parte de la energía cinética del electrón libre es absorbida por los iones y vibra más rápido y con mayor amplitud”.
Para ponerlo en términos más fáciles de imaginar, piense en un montón de personas que viajan en un metro lleno de gente. Se están empujando, claro, pero en términos generales, se necesitaría un gran golpe para que chocaran entre sí. Son nuestras moléculas materiales.
Ahora imagine que cada una de ellas está tratando de hacer malabarismos con una colección de pelotas de ping-pong.
Inmediatamente, puede ver que el número de colisiones va a aumentar, y lo mismo sucede cuando se introducen electrones libres en un sistema.
El resultado: la conductividad térmica en materiales con electrones libres, es decir, metales, es “mucho más rápida que la conducción causada por el simple paso de vibraciones de átomo a átomo”, explica Bitesize. “Por lo tanto, la conducción en metales es más rápida que en no metales”.
En resumen: ¿por qué los metales se sienten más fríos que los no metales? Esto se debe a que en realidad no estás sintiendo la temperatura en absoluto, sino que estás sintiendo cómo el material aleja la energía térmica de tu cuerpo. Y el metal, gracias a su particular composición molecular, es realmente muy bueno en eso.
Fuente: https://www.iflscience.com/why-does-metal-feel-colder-than-wood-even-when-its-actually-the-same-temperature-76819