El calorico, los modelos y la hipótesis atómica

¿A que cosa llamamos calor? ¿Qué es la temperatura? ¿son lo mismo?

Buenos Aires, Resistencia o Gualeguaychú: Una enorme gota de sudor recorre la parte trasera de una nuca genérica, que espeta insultos específicos al viento, y que recuerdan lugares y propiedades de imposible existencia en el aire: "la recon... de este calor de m..".

Todos hemos experimentado esa horrible sensación de pesadez y fastidio. Lo sorprendente, es que un hecho tan cotidiano nos permita entender tantas cosas acerca del mundo y de yapa, contribuir a la división más famosa de la humanidad en dos: labandadelverano y labandadelinvierno (que de ahora en más, y en agradecimiento a esta genial nota , llamaremos LBDV y LBDI).

Wilsooooooooooooooooon

Para quien no haya visto la película Náufrago, ésta es un plagiodeplagiodeplagio de lo que le sucedió a Alexander Selkirk , un marinero escocés quien en 1703 fuera expulsado de su barco luego de discutir con el Capitán, y abandonado en una isla desierta a unos 650 kilómetros de Valparaíso (Chile) . Moraleja: si ud. es un marinero escoses en altamar, y es 1703, no le aconsejamos discutir con el capitán. O bueno, algo por el estilo.

Cinco años de soledad y su posterior rescate y vuelta a Gran Bretaña, además de hacer famoso a nuestro amigo Alexander, inspiró a William Defoe a escribir la novela Robinson Crusoe, que con múltiples variantes ha sido la "inspiración" de mucho otro material, como la película protagonizada por Tom Hanks que comenté hace un momento y también este poema de Borges:

Sueño que el mar, el mar aquel, me encierra

y del sueño me salvan las campanas

de Dios, que santifican las mañanas

de estos íntimos campos de Inglaterra.

Cinco años padecí mirando eternas

cosas de soledad y de infinito,

que ahora son esa historia que repito,

ya como una obsesión, en las tabernas.

Dios me ha devuelto al mundo de los hombres,

a espejos, puertas, números y nombres,

y ya no soy aquel que eternamente

miraba el mar y su profunda estepa

¿y cómo haré para que ese otro sepa

que estoy aquí, salvado, entre mi gente?

¿Que tiene que ver Selkirk con el calor? Bueno, que su método para generar fuego (hecho que le permitió sobrevivir) al frotar ramas de pimienta de Jamaica (no, no es la planta en la que están pensando) no podía ser explicado con el modelo del "calor" que existía hasta ese entonces.

Para las personas del 1700, lo que ocasionaba cambios de temperatura cuando dos objetos (cosas, entes, fluidos, gases, sólidos, vacas, cuñados y defensores de Banfield, bueno esto último no porque a esa fecha ni siquiera existía el fútbol) se ponían en contacto se explicaba de la siguiente manera:

Los cuerpos a mayor temperatura (que usualmente -pero no siempre- se sienten "mas cálidos" al tacto) tienen cierta cantidad de un fluido invisible (si, un fluido invisible ... un poco mejor que las ballenas que sostenían la tierra plana antigua) que al ponerse en contacto con otro a menor temperatura (osea con menos de este fluido) fluye libremente (del que tiene mas hacia el que tiene menos) para equilibrar los tantos, y ambos cuerpos acaban luego de un tiempo, con la misma cantidad de este fluido invisible (llamado calórico) y en consecuencia, a la misma temperatura.

Este modelo, el del calórico, explica mas o menos bien muchos fenómenos. Aunque no se lo veía, ni se lo podía medir: esto es una complicación pero no un argumento definitivo para desecharlo, de hecho nadie ha ido al sol y bien sabemos de que elementos esta compuesto. Sin embargo, ahora si viene la estocada: no podía explicar por qué al frotar dos cosas a la misma temperatura (osea con la misma cantidad de calórico) podíamos conseguir elevar aún mas la temperatura de ambos cuerpos ¿de donde salía este "calórico extra" ¿de las ballenas que sostienen la tierra? Blef.

Lo que había comenzado salvándole la vida a Selkirk, cuando pudo conseguir fuego al frotar sus ramitas, y que siguió cuando otros investigadores consiguieron calentar todo un objeto frotándolo contra si mismo, emitieron el certificado de defunción del calórico.

Entonces ...¿que es lo que provoca que algo aumente su temperatura?

Y sin embargo, se mueve

Cuentan (incomprobable) que Galileo Galilei, cuando fue enjuiciado por la inquisición cristiana debido a afirmar (entre otras blasfemidades de la época) que la tierra se movía, al momento de arrepentirse para ganarse así la ventaja de la prisión domiciliaria (y salvarse de potencialmente ser ejecutado) dijo por lo bajo: sin embargo se mueve, o en italiano: "Eppur si muove". Muestra cabal de que mas de uno es capaz de arrepentirse hasta de ser hijo de su propia madre, o sostener que la tierra no se mueve, con tal de que no lo ajusticien.

Galileo Moriría en 1642 encerrado en su casa de Pisa, antes de que existieran las mismas de muzzarella (que bien pueden pronunciarse "pisa" o "piza" o "pitza" o "picsa" según el paladar lingüístico de cada comensal, pero cuyo origen es, según los historiadores , la ciudad de Nápoles. Ja, alto dato). Ese año, nacía en las islas británicas, Isaac Newton (cuya biografía es menos apasionante que la de Galileo) y terminaría siendo quien sentaría las bases para entender, explicar y predecir el movimiento de todas las cosas del universo, desde los planetas, hasta el propio Galileo, o bueno, lo que quedara de él bajo tierra en ese entonces. La obsesión por explicar todos los fenómenos del mundo a través del movimiento, como un gran reloj, acaparó la visión del mundo de entonces.

Pero, discúlpeme señor, ¿No estábamos hablando de como las cosas se calientan y se enfrían? ¿Que tiene que ver el movimiento? ... y, algo debe tener que ver ¿no?

Veamos (o no): Algo que no podía hacer Newton entonces, y que fue objeto de discusión para la humanidad desde los griegos hasta fines del siglo XIX y principios del siglo XX era observar directamente la estructura de la materia con "zoom infinito" para ver como estaba compuesta. Ciertos científicos, postulaban que, si uno pudiera ir "rompiendo" la materia en partes cada vez mas pequeñas, llega un momento en que uno se topa con algo que no se puede dividir en partes. Algunos griegos, como Demócrito y Leucipo eran partidarios de esto, y llamaron a esas unidades, átomos (osea a-tomos, osea que no tiene partes o tomos) confiriéndoles el papel de ser los "ladrillos del universo".

Fue así que, ya con el calórico fuera de combate, muchos científicos empezaron a suponer que, eran estos ladrillos o partículas los que al moverse (gracia'newton) de manera caótica y chocar entre sí, producían la elevación de la temperatura de los cuerpos. Cuanto mas movimiento se le da a las partículas de un objeto, más caliente se vuelve. Todas las cosas, desde las sólidas a los gases, pasando por los fluidos están hechos de estas partículas, que se mueven constantemente, vibran, como una muchedumbre de pie en un estadio, uno junto a otro, empujándose entre todos. Cuanto mas grande la vibración de estas partículas mas se irá calentando ¿Hay un límite para esto?¿Es igual en todas las sustancias?¿absolutamente todas las partículas aumentan o disminuyen por igual su movimiento?¿de que depende? ¿pueden nuestras partículas ayudar a explicar los diferentes estados de la materia?Muchas preguntas por ahora, pero hagamos un alto, y volvamos al tema central, la relación entre temperatura y movimiento.

Moving, just keep moving

Ahora tenemos un nuevo modelo: el modelo cinético de partículas (pa vos, calórico, gil) que nos permitiría explicar algunos fenómenos térmicos, veamos que nos ofrece.

Pongo dos cuerpos en contacto, uno esta a una temperatura $T_1$ y el otro a una temperatura mayor, $T_2$. ¿Que debería suceder? Las partículas mas agitadas del cuerpo a $T_2$ irán chocando entre sí y a su vez con las del cuerpo a $T_1$, en ese intercambio, las partículas del cuerpo a $T_2$ ser irán ralentizando y las de $T_1$ moverán mas rápido que antes. A ese flujo de energía producto de una diferencia de temperaturas, es a lo que los científicos llaman calor. Así lo que observaríamos es que el cuerpo a $T_2$ debería disminuir su temperatura, y el cuerpo a $T_1$ aumentarla. Por supuesto que la magnitud de este "equilibramiento" depende de las cantidades de cada cuerpo, por ejemplo: Si mezclo 1000 litros de agua a 100ºC con 1 litro de agua a 30ºC, sin ser ningún genio, uno puede suponer que el efecto de "ralentizarse" de las partículas del cuerpo que está a 100ºC será mucho menor que el efecto de "volverse mas rápidas" que experimentan las partículas del cuerpo a 30ºC, y acabaremos con una mezcla de agua, mucho mas cerca de 100ºC (menos que 100ºC) que de 30ºC. punto para el modelo de partículas, esto es justamente lo que pasa.

No tengo idea, peeero...

Como vimos en esta clase, la ciencia ofrece explicaciones para lo que suecede o sucederá en nuestra realidad, y cuando las ideas o modelos que se usan encuentran limitaciones o no son capaces de explicar algunos hechos, o peor aún, predicen cosas que contradicen a las que suceden, los modelos deben ser modificados o abandonados por otros que permitan explicar cada vez más cantidad de fenómenos y por supuesto, aquellos que antes no.

La idea de que todo está hecho de pequeñas partículas, es bastante interesante, pero, como resulta evidente, se trata de objetos no podemos observar, por lo que, de momento no nos interesa saber si efectivamente existen, sino sólo suponer que existen y seguir el razonamiento: Si todo está hecho de pequeñas partículas, y estas partículas pueden moverse y desplazarse (mas o menos), vibrar o rotar, entonces ... y luego del entonces podremos completar con cosas que intentemos explicar y ver si efectivamente están de acuerdo con nuestra idea.