domingo, 15 de febrero de 2015

Nada es para siempre. Ni siquiera la Campana de Oxford

A pesar de que los físicos hablan maravillas de ella, una de las cosas que más conspiran contra nuestra felicidad es la termodinámica. Y es que, entre otras cosas, la termodinámica es la responsable de que se te caliente la cerveza tanto de que se te enfríe el agua del mate, que se te agoten las pilas del control remoto o que la salsa de tomate de la pizza se caliente mucho más que la masa y te quemes hasta el paladar. Sus fundamentos profundos contienen unos cálculos cuyas fórmulas meten miedo, pero sus rudimentos se manifiestan en tres leyes bastante sencillas, al alcance de cualquier bolsillo. Claro que las vamos a formular al estilo Bombilla Tapada.Veamos...

El calor (y la energía en general) va de donde hay más a donde hay menos, nunca al revés. Frente a una gaseosa fría verificamos que al rato "se calienta" es decir, nuestro líquido absorbió calor del medio que lo rodea. Frente a nuestra sopa caliente verificamos el caso contrario: al rato está fría. En este caso fue el medio el que absorbió el calor de la sopa. ¿Usted quiere decir que el aire se calienta a expensas de la temperatura de mi sopa? Si. Lo que pasa es que el aire contenido en el comedor es mucho y el calor se disipa mucho más rápido. Si acerca usted la mano al plato, sin tocar el caldo notará que la sopa irradia calor. El aire inmediatamente cercano a la sopa está más caliente que el resto.

¿Y cuando deja de circular el calor? Cuando ambas temperaturas se igualen. Tanto la sopa cono la gaseosa terminarán "natural" es decir a temperatura ambiente. Cuando las temperaturas se igualan, alcanzan el equilibrio y se termina la transferencia y tanto la gaseosa como la sopa están intomables.

Otra: Las cosas fluyen hacia un lado, generalmente el más desordenado. Vamos a tratar de buscar un buen ejemplo. Grabemos un video pero deliberadamente al revés. Caminemos hacia atrás, digamos hola al irnos y adiós al llegar. Si lo hacemos bien, cuando lo proyectemos al revés nuevamente, nadie notará la diferencia. Sin embargo, si filmamos la difusión de una gota de tinta en el agua, no podremos engañar a nadie cuando revirtamos la proyección. La posición 1 (todo el agua de un lado - toda la tinta del otro) no es similar a la posición 2 (el agua y la tinta mezclada) el proceso, naturalmente circula hacia el desorden, como se puede verificar en el Big Bang, en el movimiento de partículas microscópicas o en el cuarto de un adolescente. Las ruinas griegas, los cadáveres en descomposición y el cajón de mi escritorio son buenos ejemplos macroscópicos de esta medición que se llama entropía.

Pero el principio que más nos importa hoy es el que sigue: No se puede convertir un tipo de energía en otro sin pérdidas. Vamos a ejemplificarlo del mejor modo posible con un automóvil. Esencialmente el auto es un sistema diseñado para aprovechar la energía química almacenada en el combustible y transformarla en movimiento (energía cinética). Aún prescindiendo de todo elemento de  confort (aire acondicionado, luces, radio, limpia parabrisas) el motor disipa calor, las ruedas frotan contra el pavimento, la carrocería ofrece resistencia al avance contra el aire, los cables de las bujías se calientan...solo un pequeño porcentaje de la energía del combustible se transforma efectivamente en movimiento.

Supongan ustedes una batería que mueve un motor que mueve una rueda que carga un dínamo que alimenta a la batería. Va a tardar bastante, pero la fricción de las partes móviles, el calentamiento de los cables, la eficiencia del dinamo y demás variables harán que nuestro sistema se detenga. Y otra vez la termodinámica nos viene a despertar del sueño de un sistema que funcione sólo, sin aportes de energía externa. ¡Un Momento! - gritará usted - La Tierra funciona sola desde hace millones de años sin aporte de energía externa. Eso es lo que usted cree - le diré yo - pero se equivoca. La vida en la Tierra se apagaría rápidamente sin el aporte del sol. Comido el ultimo pasto, muerto el ultimo herbívoro, los carnívoros sobrevivirían unas semanas y luego todo quedaría reducido a una enorme piedra yerma sin siquiera vientos ni lluvias, dado que los primeros son el fruto de las diferencias de temperaturas de las masas de aire y la última es consecuencia de la evaporación, que sin sol no se produciría. Nuestro astro compañero de cada mañana libera al espacio la sorprendente cantidad de 110.000.000.000.000.000.000 Kilowatts por segundo (110 trillones de Kilowatts por segundo) de energía y nosotros capturamos una pequeña parte, suficiente sin embargo para mantener la complejísima máquina de la naturaleza funcionando desde hace miles de millones de años.


Sin embargo el sueño de la máquina de "Movimiento Perpetuo" desveló a más de uno. Situación entendible antes de la termodinámica e inexplicable luego de haber sido demostrada su imposibilidad por las leyes de la física. Una máquina que funcione eternamente sin el aporte externo de energía es imposible. En épocas tan cercanas como 1986 se seguían intentado patentar aparatos que violan el segundo principio de la termodinámica. ¡Que le vamos a hacer! El sueño de energía a cambio de nada es irrealizable.



Los lectores habituales de Bombilla Tapada saben que de ningún modo los hubiera traído hasta acá sin una buena causa. Debe haber algo más que decir al respecto, algún hecho extraño o llamativo que amerite semejante prólogo. Y obviamente acertaron. Vamos a hablar de dos aparatos que parecen vencer esta ley universal. Vengan conmigo, primero viajamos a Oxford, en Inglaterra.


El dispositivo de la foto de la izquierda se encuentra en el Laboratorio Clarendon de la Universidad de Oxford. Esta bajo una campana de vidrio y dentro a su vez de una vitrina. Quizá se pueda interpretar como una medida de seguridad excesiva, sin embargo el verdadero motivo del doble vidrio es que el cachivache hace ruido. Los dos objetos brillosos de la parte inferior son dos pequeñas campanas. Entre ellas cuelga una pequeña esfera de metal de unas 4 mm de diámetro. Los dos cilindros claros superiores son dos pilas (auténticas pilas. Las que originan su nombre, compuestas de discos de metales diferentes apilados) La pieza en forma de omega superior sólo une una pila con la otra. Y eso es todo. Una de las campanas se carga de electricidad estática y atrae a la esfera hacia si. Al llegar la golpea. Cuando la bola entra en contacto con la campana cargada, también se carga de electricidad estática. Al ocurrir esto, es repelida y por tanto empujada hacia la otra campana donde el proceso vuelve a producirse. El proceso se repite eternamente con la bolita golpeando alternativamente una y otra campana.



En realidad no funcionará eternamente. Funcionará cargándose y descargandose las campanillas hasta tanto las pilas tengan energía electrica. El problema es que la Campana de Oxford funciona ininterrumpidamente desde 1840 y hasta hoy no se ha detenido. Sus constructores, unos tales Watkin y Hill no dejaron asentado en ninguna parte la composición de la pila. Y para conservarla de la acción de la humedad (que corroería los componentes metálicos) las bañaron en azufre de modo que es imposible ver que es lo que hay dentro. La hipótesis más firme es que se trata de un artilugio llamado Pila de Zamboni, una serie de discos de unos 2 cm de diámetro que alterna plata, zinc y aluminio llegando a contar cada una con algunos miles de piezas de metal.

¿Es la Campana de Oxford una máquina de Movimiento Perpetuo? No, de ningún modo. La pila dura mucho, muchísimo (al momento unos increíbles 175 años) pero en algún momento las reacciones químicas que ocurren dentro de ella se agotarán y la Campana de Oxford procederá a detenerse.  Allí podrá averiguarse al fin que demonios contiene la pila.

Tomen el pasaporte que nos vamos al otro lado del mundo. A Nueva Zelanda. Más precisamente al departamento de física de de Universidad de Otago en la ciudad de Dunedin, al sur de dicho país. Allí funciona el reloj Beverly, conocido así por haber sido construido por Arthur Beverly un relojero, matemático y astrónomo neozelandés que lo puso a funcionar en 1864 y que (salvo por tareas de limpieza y reparación mecánica) nunca paró. Lo llamativo no es lo sólido de su construcción sino que no utiliza ni cuerdas, ni contrapesos, ni energía eléctrica ni de ningún otro tipo de energía convencional en aparatos por el estilo. El ingenioso aparato tiene un cilindro de unos 28 litros de capacidad lleno de aire cerrado por un diafragma. Una diferencia de tan solo 3º en la temperatura durante el día alcanza para que el aire se contraiga o se dilate moviendo lo suficiente el diafragma como para que el reloj funcione.

Así que habrá de convencerse de que Watt, Boyle y Sadi Carnot (entre otros) tenían razón. Nuestros automóviles seguirán necesitando combustible, nuestros músculos glucosa, nuestros relojes cu-cu cuerda y principalmente nuestros controles remotos, pilas.

Que anden bien