CPI (Curioso pero inútil)

Consultorio CPI: Frío, calor y capa límite

29 de marzo de 2006

Hugo nos pregunta:

Bueno, esta es una consulta chorra pero que sólo vosotros podéis resolver.

A ver, cuando tocas algo con la mano y lo notas “caliente” es porque ese objeto te está cediendo temperatura. Cuando tocas algo con la mano y lo notas “frío” es porque tu mano está cediendo temperatura a ese objeto.

Pues bien, ¿por qué cuando juntas las palmas de las manos ambas se notan “calientes” (o frías)?, si están a la misma temperatura no debería notarse nada, creo yo.

Hugo, buena pregunta, que tiene una respuesta con chicha. Empecemos con un detalle terminológico: Lo que tus manos ceden y absorben del medio es calor, no temperatura. La temperatura es un número que mide la energía cinética media de las partículas, el calor es energía que se transfiere. O sea, que las manos ceden o absorben calor, con lo cual disminuyen o aumentan su temperatura. Es una confusión muy común entre los periodistas que informan sobre ciencia (sin acritú para los periodistas ).

Y ahora, a por las manos. En la siguiente imagen puede verse una termografía (fotografía en el infrarrojo que muestra la temperatura superficial de los objetos fotografiados) de un par de manos:

. Puede apreciarse que hay grandes variaciones de temperatura dentro de la propia mano, aunque eso no es lo que más nos preocupa.

Para tu mano, “no notar nada” equivale a estar en contacto con el aire, que normalmente no llega a los treinta y tantos grados que alcanza (salvo que haga mucho frío) tu mano. Es decir, el estado que tu mano considera “neutro” en temperatura es estar cediendo calor al entorno. Nuestro cerebro nos engaña. Así que cuando juntas las manos, pasan de estar cediendo calor a algo que está a veintitantos grados a cederlo a algo que está a más de treinta, con lo que notas el cambio de temperatura (Si tus manos están más frías que el entorno ocurre lo mismo)

Para demostrar esto, prueba a juntar tus manos cuando las tengas debajo de un secador de aire caliente, o en el agua de la bañera a treinta y tantos grados. Al estar la mano y el aire/agua a la misma temperatura, no notas calor cuando juntas las manos.

La imagen nos da información acerca de otrro fenómeno, termodinámico para más señas. Fíjense, estimados lectores, en la fina línea violeta que rodea el contorno de ambas manos. Ahí la temperatura es de unos 24ºC, Sin embargo, pocos milímetros más allá, en la superficie de la mano, la temperatura ya ha subido un par de grados en la punta de los dedos y tres o cuatro grados más en el borde de la mano. La fina capa violeta se llama la “capa límite”, es simplemente una zona de aire en la que la temperatura cambia desde la del aire hasta la de la mano y surge por convección siempre que tenemos dos medios materiales en contacto a distintas temperaturas. La naturaleza odia las discontinuidades. Si mi mano está a 30ºC y el aire a 20ºC, habrá una fina capa de aire en el que la temperatura pasará rápidamente desde los 20ºC a los 30ºC. No hay transición brusca.

La existencia de la capa límite la conocemos todos. Hagan memoria: seguro que más de una vez han estado con los pies en la bañera y el agua un poco demasiado caliente. Mientras el pie está quieto, aguantamos estupendamente, pero al moverlo de repente notamos de nuevo que el agua quema. Al mover el pie lo hemos sacado de la capa límite y lo hemos puesto de nuevo en contacto con el agua caliente.

Sin necesidad de usar una bañera, podemos comprobar la existencia de la capa límite ahora mismo. Mantengan la mano horizontal, con el brazo un poco extendido, delante del cuerpo durante unos segundos (para que se forme la capa límite). Ahora bájenla y súbanla rápidamente (como si abanicaran una vez). Seguro que han notado el fresquito. La capa límite ~~desaparece~~ se hace mucho más delgada y nuestra mano pasa a estar casi directamente en contacto con el aire del entorno, más fresco que el que formaba la capa límite alrededor de nuestra mano.

Otro ejemplo más de capa límite. Normalmente se habla en las noticias meteorológicas de que “habrá una temperatura de 10 grados, aunque la sensación térmica será de más frío. La sensación térmica depende de dos factores, principalmente: la humedad del aire (que aquí no nos interesa) y la velocidad del viento. Si hace viento en un día frío, el día tiende a ser más frío (subjetivamente hablando, si ponemos un termómetro no notará la diferencia), porque es imposible formar una capa límite lo suficientemente gruesa; el viento se la lleva y nos tiene permanentemente en contacto más directo con el aire frío.

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Entrada escrita por Remo el 29 de marzo de 2006 a las 7:30 am.
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Hay 21 comentarios en “Consultorio CPI: Frío, calor y capa límite”

Zinc dice:
29 de marzo de 2006 a las 8:06 am
Genial, un gran artículo que es, obviamente, curioso pero inútil.
Ayer no huvo artículo y ya os echaba de menos :_(

(-1)
rober dice:
29 de marzo de 2006 a las 8:43 am
Coincido con Zinc en que el artículo es estupendo, pero no que sea inútil: los aficionados al buceo conocemos esta capa límite con el agua, que nos libra de perder calor (y de pagar un traje seco) Siempre es bueno tener claro por dónde van los tiros.

En cualquier caso, siempre supuse que el efecto del viento, aparte de eliminar la capa límite, era acelerar la evaporación de la humedad, que absorbe (CPI&CPL: ¿absorbe o absorbe?) calor del cuerpo. Quiero recordar de las prácticas de 1º de carrera, que se podía medir la humedad del aire usando dos termómetros: uno completamente húmedo (metido en un algodón mojado) y otro a la humedad ambiente; de la diferencia de temperatura entre ambos se obtenía la humedad ambiente.

(Por cierto, lo de “la naturaleza odia las discontinuidades” me suena a “la naturaleza aborrece el vacío” que no recuerdo de dónde viene, pero suena pelín feo)

(-5)
Juan dice:
29 de marzo de 2006 a las 9:26 am
Ha sido un articulo genial, de los mejores que habeis hecho.
Creo que es esencia CPI 100%. Me ha resuelto dos dudas que tenia hacía tiempo, lo de la sensación térmica y lo de los pies en la bañera

PD: yo coincido con zinc y también os echaba de menos ayer

(-3)
fanshawe dice:
29 de marzo de 2006 a las 9:31 am
Ohhhh… que artículo estupendo. ¿Es el momento de preguntar si es buena idea comprobar si alguien tiene fiebre besándole la frente?

(-4)
Remo dice:
29 de marzo de 2006 a las 9:41 am
Rober: “la naturaleza aborrece el vacío” es al postulado del horror vacui de Aristóteles, que es cierto bajo nuestra atmósfera. Ya, sé que puede sonar decimonónico, pero es una constante. Sólo en los cambios de fase pueden observarse discontinuidades manifiestas en cualquier magnitud (puede olvidárseme algo, pero creo que es siempre así). Otra fraase lapidaria que suele funcionar es “la naturaleza es vaga”: siempre hay que buscar os estados de mínima energía para tener una idea de por dónde se va a mover un sistema físico.

fanshawe: sólo si la persona no tiene pelos en la frente No, ahora en serio, conozco a gente que clava si otra persona tiene fiebre al ponerle la mano o los labios en la frente. Personalmente, yo soy incapaz.

(-2)
El Tete dice:
29 de marzo de 2006 a las 11:08 am
Tío, si tú no molas, nada mola

(-1)
Albert dice:
29 de marzo de 2006 a las 11:09 am
Ya sé que no es ninguna novedad, pero una vez más enhorabuena por el artículo. Tan sólo quisiera plantear una duda a Remo. A lo mejor es un poco chorra, pero bueno, ustedes sabrán disculpar. La cuestión es que en el post se puede leer: ” …así que cuando juntas las manos, pasan de estar cediendo calor a algo que está a veintitantos grados a cederlo a algo que está a más de treinta, con lo que notas el cambio de temperatura”. Y la duda es: el calor ¿no pasa siempre del cuerpo más caliente al más frío? Lo dicho, un gran artículo, y ustedes perdonen la bisoñez en física del que suscribe. ¡Un saludo!

(-2)
Holmes dice:
29 de marzo de 2006 a las 12:06 pm
El artículo es muy interesante, nunca me había preguntado lo de las manos, pero respecto a lo del viento estoy con Rober. Cuando sopla el viento o soplas sobre tu mano favoreces la evaporación y para evaporarse el agua de la mano se necesita una determinada cantidad de calor (calor latente de evaporación), con lo que la temperatura del sistema (que viene siendo nuestra manaza) disminuye. Por eso soplamos la sopa para que se enfríe, porque hacemos que se evapore más rápido y los líquidos necesitan una determinada cantidad de calor para evaporarse.
Pero la verdad es que la explicación que dais también me convence, así que a lo mejor se trata de una mezcla de ambas, ¿alguien lo sabe?

Holmes

(-1)
rootzero dice:
29 de marzo de 2006 a las 2:27 pm
Coincido con todo el mundo, es uno de los artículos que más me ha gustado. Os leo a diario y seguiré haciéndolo.

Un saludo.

(-3)
Hugo dice:
29 de marzo de 2006 a las 3:19 pm
Viendo la pedazo de respuesta que os habeis marcado creo que tendré que animarme a mandaros más chorri-consultas (es que cuando me pongo a pensar …), bueno, a ver si entro en temperatura, digo ¡en calor!

(-1)
KillerRex dice:
29 de marzo de 2006 a las 4:49 pm
Problemas de transmisión de calor!! !Qué recuerdos! (agridulces, para qué vamos a engañarnos)

Si no recuerdo mal cuando estamos quietos -muy quietos- la transmisión de calor es sólo favorecida por la convección que se pueda producir. Además si la superficie está impregnada de alguna sustancia que se evapore (sudor, alcohol) tenemos el calor que va absorviendo el líquido para mantener la presión de vapor constante en las cercanías del cuerpo. Esta presión de vapor baja por difusión, que es un proceso muy lento.
Ahora bien, si hay velocidad del aire la transmisión de calor al medio se acelera porque el aire se renueva (aumentamos drásticamente la convección) y el calor absorvido por el líquido también, ya que al llevarse el vapor ha de evaporarse más para conservar la presión.
Por este tema de la presión de vapor es por lo que los 35 grados de Barcelona son bastante más demoledores que los 40 de Madrid. En BCN la humedad del aire es mucho mayor, con lo que nuestro sudor no logra evaporarse (el aire va saturado de agua)
Como curiosidad, la capa límite no se destruye, se adelgaza, pero nominalmente siempre está ahí: Es la transición entre fluido en movimiento y la pared inmóvil. Como mucho se produce un desprendimiento de la capa límite, que no es más que la aparición de zonas de turbulencias (esto lo ha visto cualquiera que remueva el café por la mañana con algo de ímpetu)

(-3)
vergonzoso dice:
29 de marzo de 2006 a las 5:32 pm
Estos enlaces estan muy relacionados:

http://malaciencia.blogspot.com/2005/12/transmisin-de-calor.html

http://malaciencia.blogspot.com/2005/12/el-da-de-maana-y-las-congelaciones.html

(-1)
Alfemio dice:
29 de marzo de 2006 a las 6:12 pm
Interesante el artículo. Yo también os leo a diario.

(0)
Remo dice:
29 de marzo de 2006 a las 11:20 pm
Rober, Holmes, no hay duda de que tenéis razón en lo de la evaporación como causa de enfriamiento. Sin embargo, en un día caluroso de verano este mecanismo es mucho más influyente que en un día frío de invierno, conde la humedad de nuestra piel es mucho menor. Precisamente para que la evaporación se note y refresque, el cuerpo necesita sudar, para que haya una cantidad apreciable de líquido en la piel. Sin sudor, no creo que la evaporación pueda compararse en capacidad de enfriamiento a la “pérdida” (adelgazamiento sería más correcto, como bien indicaba KillerRex) de la capa límite.

(-2)
Eloy dice:
9 de mayo de 2006 a las 3:29 am
Eh, ¿la presión no afecta también a la sensación térmica? Eso de la sensación térmica me hace acordar a una encuesta callejera que pasaron acá (Buenos Aires) en la tele hace algunos años. Le preguntaban a la gente si sabía qué era la sensación térmica y cómo se media. Había respuestas para todos los gustos, hasta una “chabona” dijo que sentaban a un tipo y le preguntaban si tenía frío… :S

Lo de la capa límite, si uno se pone a pensar es obvio; pero yo nunca me puse a pensarlo .

De todas formas: ¡muy buen artículo!

(2)
pipistrellum dice:
2 de julio de 2006 a las 4:50 pm
Remo:Siempre estamos sudando.
La sudoración se detiene solo cuando la temperatura del cuerpo baja de 35º. Una ligera hipotermia.

(0)
jiuman dice:
30 de abril de 2007 a las 12:51 pm
No sé porque la web se llama curioso pero ‘inútil’. Esta información me parece de lo más útil. Y el conocimiento es poder!

Gracias

(-1)
Viktor dice:
30 de abril de 2007 a las 10:25 pm
Lamento tener que decir tambien que es algo muy util, sobretodo en el tema de la bañera…

(-2)
phoebe dice:
4 de mayo de 2007 a las 2:20 pm
Me encanta esta página, y la acabo de descubrir!!! Ahora veo que la ciencia sirve para explicar cosas reales y no lo que enseñan en la universidad, que parecen cosas que nunca llegarás a ver.

Bravo por CPI !!!

(1)
No solo de pan vive el hombre » ¿Cuál es la mejor manera de enfriar el interior del coche? dice:
5 de diciembre de 2007 a las 6:12 am
[…] Una vez que el aire interior esté más o menos a 40ºC, nos podemos meter en el coche y empezar la marcha. Los asientos y el volante no habrán alcanzado los 40ºC y estarán más calientes, por lo que hará calor, pero ya no será ese calor insoportable de un coche cerrado al sol. El movimiento, con las ventanillas bajadas, ayudará a bajar más rápidamente la temperatura. Por un lado, el aire en movimiento nos ayuda a sentir fresquito gracias a que arrastra la capa límite y aumenta la evaporación del sudor de nuestra piel, lo que nos refresca. Por otro, el movimiento ayuda a renovar más rápidamente el aire interior del coche, por lo que extraemos más eficientemente el calor del los asientos y el salpicadero. […]

(0)
Heizer dice:
3 de febrero de 2008 a las 9:41 am
Recordé también otra locución latina que tal vez pueda aplicarse al caso:

“Natura non facit saltus” : La naturaleza no da saltos.

(-1)