Ejemplos de La Tercera Ley

CAPITULO IV: TERCERA LEY DE LA TERMODINÁMICAEl tercer principio de la termodinámica o tercera ley de la termodinámica afirma que no se puede alcanzar el cero absoluto en un número finito de etapas. Sucintamente, puede definirse como:  Al llegar al cero absoluto, 0 K, cualquier proceso de un sistema físico se detiene.  Al llegar al cero absoluto la entropía alcanza un valor mínimo y constante. 4.1. Descripción de la tercera ley de la termodinámica En términos simples, la tercera ley indica que la entropía de una sustancia pura en el cero absoluto es cero. Por consiguiente, la tercera ley provee de un punto de referencia absoluto para la determinación de la entropía. La entropía relativa a este punto es la entropía absoluta. Un caso especial se produce en los sistemas con un único estado fundamental, como una estructura cristalina. La entropía de un cristal perfecto definida por el teorema de Nernst es cero (dado que el log (1) = 0). Sin embargo, esto desestima el hecho de que los cristales reales deben crecer en una temperatura finita y poseer una concentración de equilibrio por defecto. Cuando se enfrían generalmente son incapaces de alcanzar la perfección completa. Esto, por supuesto, se mantiene en la línea de que la entropía tiende siempre a aumentar dado que ningún proceso real es reversible. Otra aplicación de la tercera ley es con respecto al momento magnético de un material. Los metales paramagnéticos (con un momento aleatorio) se ordenarán a medida de que la temperatura se acerque a 0 K. Se podrían ordenar de manera ferromagnética (todos los momentos paralelos los unos a los otros) o de manera antiferromagnética. 4.2. Equilibrio térmico Consideremos dos cuerpos en contacto térmico. Si entre dichos cuerpos no existe flujo de calor entonces se dice que ambos cuerpos se encuentran en equilibrio térmico. El parámetro termodinámico que caracteriza el equilibrio térmico es la temperatura. Cuando dos cuerpos se encuentran en equilibrio térmico, entonces estos cuerpos tienen la misma temperatura. En realidad, el concepto de equilibrio térmico desde el punto de vista de la Termodinámica requiere una definición más detallada que se presenta a continuación. 4.3. Equilibrio Químico y Constante de Equilibrio Las reacciones químicas son, generalmente, procesos reversibles. aA + bB → cC + dD Inicialmente Cuando aparecen C y D cC + dD → aA + bB aA + bB Equilibrio químico cC + se dDestán El equilibrio es dinámico cuando las concentraciones netas no varían Porque dando simultáneamente los procesos directo e inverso. la velocidad del proceso directo aumenta. Imagen nº 4 equilibrio En el equilibrio químico las concentraciones de todas las sustancias permanecen constantes. consumiéndose A y B y generándose C y D. la reacción “se desplazará hacia la derecha” Al aumentar la concentración de A. Cuando una reacción se encuentra en equilibrio la relación que existe entre las concentraciones de los productos y de los reactivos (se ha observado experimentalmente) que viene dada por la ley de acción de masas . Con el tiempo se alcanzará un nuevo equilibrio en el que las concentraciones permanecerán constantes aunque de distinto valor del que tenían inicialmente. Representamos el equilibrio químico con una flecha de doble sentido: aA + bB ↔ cC + dD Si añadimos más reactivo A. 1. Por su ausencia de resistencia. La superconductividad es una propiedad presente en muchos metales y algunas cerámicas.4. los superconductores se han utilizado para fabricar electroimanes que generan campos magnéticos intensos sin pérdidas de energía. Kamerlingh Onnes. ni la posterior teoría cuántica que Bloch y Grüneisen desarrollaron en la década de los treinta podían dar cuenta del fenómeno de la desaparición de resistencia eléctrica. y sus explicaciones teóricas tardaron más de cuarenta años en establecerse. reactores de fusión nuclear en los que el plasma se mantenga confinado por campos magnéticos. entre ellas ordenadores más rápidos y con mayor capacidad de memoria. la tensión y el campo magnético con una sensibilidad sin precedentes. es decir.4. Superconductores Un superconductor es un material que no opone resistencia al flujo de corriente eléctrica por él. construida por Drude y Lorentz. que aparece a bajas temperaturas. Los superconductores también presentan un acusado diamagnetismo. denominada temperatura crítica. EJEMPLOS DE LA TERCERA LEY DE LA TERMODINAMICA EN NUESTRO ENTORNO 4. El hecho de que la teoría que explicaba este fenómeno se mostrara tan elusiva tiene su justificación en que ni la teoría clásica de materiales.”En un equilibrio químico el cociente de reacción es una constante” Esta constante depende sólo de la temperatura y se conoce como constante de equilibrio K. La ley de acción de masas la representamos así: 4. . son repelidos por los campos magnéticos. caracterizada por la pérdida de resistividad a partir de cierta temperatura característica de cada material. El descubrimiento de mejores compuestos semiconductores es un paso significativo hacia una gama mayor de aplicaciones. Aprovechando los efectos cuánticos de la superconductividad se han desarrollado dispositivos que miden la corriente eléctrica. trenes de levitación magnética de alta velocidad y. El fenómeno fue observado por primera vez en 1911 por el físico holandés H. Los imanes superconductores se han utilizado en estudios de materiales y en la construcción de potentes aceleradores de partículas. 4. La historia de la criogenia data de 1840 en que se usó el frío (hielo) para el tratamiento de la malaria. Uno de los problemas más difíciles de resolver fue el de guardar los líquidos a estas temperaturas. Alex Mueller por su trabajo sobre la superconductividad a altas temperaturas. (a) Colocación de las placas del conductor para diatermia de onda corta. Georg Bednorz y al físico suizo K. Figura 4. (b) Colocación de una bobina de inducción (alambre enrollado por el que pasa una corriente) para diatermia de microondas en la rodilla. con vacío entre sus paredes para evitar las pérdidas de energía por convección. .tal vez lo más importante. en 1877 se logró licuar aire (-196°C) y en 1908 se licuó helio (-269°C). Un dewar está hecho de vidrio plateado o de acero delgado para minimizar las pérdidas por conducción y por radiación. La criogenia Criogenia es la ciencia y la técnica de producir muy bajas temperaturas. Este problema fue resuelto por James Dewar en 1892 y el dispositivo inventado por él ahora lleva su nombre: dewar.2.4. ya que por convección o por radiación aumentaban fácilmente su temperatura.4. El Premio Nobel de Física de 1987 se concedió al físico alemán J.2. una generación y transmisión más eficiente de la energía eléctrica. en donde se le utiliza en cirugías. alrededor de -150 Cº. especialmente en el área de la medicina. siendo también útil en el tratamiento del cáncer. para lo cual se diseñó un dispositivo especial que permite llegar a esta parte del cerebro y mantenerla por unos minutos a -85°C. datan de 30 años atrás y se dieron en el campo veterinario. pudiendo luego recuperarlos sin daños. Al congelarse rápido y a una temperatura extrema. En medicina se usan las bajas temperaturas para la preservación de sangre. ginecología e incluso cirugía plástica. se empieza a usar mucho la criogenia. ya sea para destruir tejidos específicos o evitar hemorragias. tejidos. se le denomina criocirugía y se utiliza en áreas como la neurología. puede decirse que provoca un estado de animación retardada o suspendida si la temperatura es muy baja. esperma. La criogenia es el proceso científico a través del cual se congelan objetos u organismos. se habla de la criocirugía. Es posible detener los temblores destruyendo quirúrgicamente la parte del tálamo cerebral que controla estos impulsos. hay poca sensación de dolor porque las bajas temperaturas insensibilizan las terminales nerviosas. ésta tiene varias ventajas: hay poco sangrado en el área destruida. el cual provoca temblores incontrolables en brazos y piernas. dermatología. el volumen del tejido destruido se puede controlar por la temperatura de la cánula crioquirúrgica. Los primeros usos. etcétera. destruyéndola sin afectar otras partes del cerebro. A la utilización quirúrgica. para luego pasar al cuidado de las personas. bajando la temperatura en la sangre de forma radical.Los problemas que involucra la transferencia de fluidos criogénicos son similares a los de su almacenamiento. En la cirugía de cataratas y la reparación de retinas dañadas. Para qué se usa la criogenia La criogenia tiene varios usos. Sin lugar a dudas tiene gran cantidad de aplicaciones. de modo que los beneficios son detectados de inmediato y su recuperación es sumamente rápida comparada con la que tendría si se somete a una intervención quirúrgica tradicional. todo esto se lleva a cabo con el paciente consciente. que están siendo desarrolladas actualmente. Una de las primeras aplicaciones de la criocirugía fue en el tratamiento del mal de Parkinson. se evita que se deterioren por la acción de virus. Cuando los métodos criogénicos se usan para destruir células. Las líneas de transferencia de estos fluidos están construidas similarmente a los dewars. . bacterias o el ambiente. De hecho. el frío retarda todos los procesos. utilizando comúnmente nitrógeno o helio líquido en su punto de temperatura más baja. Existe la idea de que. se usa la criogenia para conservar embriones para su utilización posterior. Existen compañías que ofrecen aplicar el proceso de criogenia sobre los cuerpos a precios muy altos. Criostatos Los sistemas criogénicos son capaces de enfriar hasta temperaturas de unos pocos grados Kelvin. podría conservarse hasta que la ciencia encuentre una forma de curar el mal que terminó con su vida o. congelando un cuerpo humano a posteridad y de forma inmediata después de su muerte (o justo antes). Al aplicar el proceso. Este suministra Helio gas de una pureza del 99. La segunda etapa es la intermedia o "radiation shield" y se encarga de reducir la carga por radiación hacia la tercera etapa o etapa fría. . ya que ayudaría a conservar órganos completos para realizar trasplantes y también haría lo mismo con especies biológicas o vegetales. Este refrigerador está conectado al dewar que consta de tres etapas. aumenta su duración y resistencia. La criogenia también se utiliza en diferentes áreas de la producción. 4.3. Cualquier interrupción. semen e incluso tejidos. lo que permite obtener temperaturas bajísimas de forma muy rápida. ya que al aplicarla sobre algunos materiales. se llaman Criostatos de ciclo cerrado (alcanzan temperaturas inferiores a 4K).999%. Cómo se aplica el proceso de criogenia La criogenia se hace dentro un laboratorio y para ello se utilizan máquinas especiales que convierten a elementos en forma de gas como el nitrógeno y helio en líquidos. La primera etapa es el recipiente generalmente construido de acero inoxidable o aluminio.4. los especímenes se guardan rápidamente en contenedores especiales que les conservan a una temperatura aproximada de -150 Cº. Cuando se emplean He gas. lo mismo ocurre con óvulos. No exista ninguna evidencia científica sobre su efectividad y. cualquier problema en el proceso de congelación o conservación. Se esperan grandes avances en el futuro de la criogenia. Todos los sistemas criogénicos de este tipo necesitan un compresor refrigerado por aire o agua.En el área biológica. evitando su completa extinción. remediar el envejecimiento prolongado la vida. puede arruinarlo. Los Criostatos constan de un refrigerador con una entrada y una salida de Helio gas. Existen diferentes tipos de Criostatos. le haría perder utilidad. frecuentemente. un compartimento extra utilizado para congelación a −18 °C y llamado.4. .3. difractómetros y otras aplicaciones de espacio restringir. por lo que tienen muy pocas piezas móviles. en un circuito cerrado. Consiste en un armario aislado térmicamente. ya que no utilizan el gas helio. Las únicas herramientas requeridas son la electricidad y agua de refrigeración para el compresor. Fabricamos más de 12 modelos diferentes de refrigeración criogénicos y somos capaces de incorporar modificaciones para hacer un sistema encaja la aplicación del cliente. son más fáciles de mantener que otros tipos de uso espacial y son un buen ajuste para baja vibración configuraciones experimentales. Este reciclaje eficiente del gas helio significa que por lo general sólo tendrá que añadir helio una vez cada pocos años.Cuando se emplean He líquido o Nitrógeno líquido (77K) se les denomina Criostatos de ciclo abierto. Un término más preciso sería "el helio líquido libre". frigorífico. Criostatos Sistemas de refrigeración criogénicos Sistemas de refrigeración criogénicos de ciclo cerrado del ARS 'permiten un sistema para ser enfriado a temperaturas de helio líquido sin el uso de criógenos. apropiadamente. 4.4. Imagen Nº 4. Otra ventaja de refrigeración criogénica de ciclo cerrado del ARS 'es que son impulsados neumáticamente. congelador. Es esta flexibilidad que permite la integración con goniómetros. Como resultado. Estos Sistemas de refrigeración criogénicos se refieren a veces como "el heliolibre". Un refrigerador es un dispositivo empleado principalmente en cocina y en laboratorio.4. nevera o heladera) es uno de los electrodomésticos más comunes en el mundo. Refrigerador El refrigerador (también llamado refrigeradora. con un compartimento principal en el que se mantiene una temperatura de entre 2 y 6 °C y también. 4. El término más antiguo de los citados arriba. generalmente. en tiempos pasados. Refrigeradores Se conoce como refrigeración. en el que se ponía nieve procedente de pozos de nieve. como la función de los antiguos y de los modernos es la misma. es el de nevera que. y también el enfriamiento de bebidas para hacer su consumo más agradable. Algunas aplicaciones típicas son la conservación.4. era un armario. . cuando se inventaron estos. el enfriamiento de un cuerpo por transferencia de calor. a menudo de madera. Aunque actualmente no se usa la nieve. alimentado por corriente eléctrica y.El frío se produce mediante un sistema de refrigeración por compresión. aislado con corcho. por un sistema de absorción usando como combustible queroseno o gas butano. se ponía hielo procedente de fábricas de hielo. en particular de alimentos. a veces. Imagen Nº 4. se sigue empleando el término. antes de la invención de los sistemas de refrigeración mecánica. y todavía no había llegado el refrigerador eléctrico a las casas. La función de una máquina de refrigeración es tomar el calor de un ambiente a baja temperatura (en este caso un armario cerrado y aislado térmicamente) y cederlo en el ambiente exterior (para el refrigerador doméstico sería la cocina). pero también puede resultar ambiguo en ciertas regiones hispanoparlantes. por lo tanto consumen menos. Un refrigerador es una bomba de calor (como las de agua. Para que la eficiencia sea mayor. bombea calor de un lugar a bajo nivel térmico a otro de mayor nivel). es un término que puede resultar ambiguo. por ejemplo. (que contiene el calor absorbido por el refrigerante en el evaporador) y el aire ambiente debe ser máxima. que también se emplea para las máquinas grandes de producción de frío para refrigeración ambiental (climatización). pues con ese nombre también se conoce la heladora o máquina de fabricar helados. Por este motivo son más eficientes en invierno que en verano y en cualquier época. y lo mismo ocurre con refrigeradora (y en menor medida refrigerador). los aparatos que disponen de dos compresores. tenga una buena ventilación. ya que en estas zonas. frío’) parece el más apropiado. en realidad. su consumo es menor si se sitúa en un lugar fresco.Heladera. una simplificación de establecimientos o almacenes frigoríficos ). ya que es en este lugar donde el calor sale del aparato. uno para cada compartimento (refrigeración y congelación). la diferencia de temperatura entre el condensador. que viene de cuando se utilizaba hielo (análogamente a cuando se llamaba nevera). También son más eficientes y. empleando una fuente de energía externa para mantener el proceso. impulsada generalmente por un motor eléctrico. que suele estar en la parte trasera del aparato. En cualquier caso. Asimismo debe procurarse que el intercambiador de calor externo (o condensador). todos los términos arriba mencionados son correctos y solamente difieren en la preferencia de uso de cada región. . Es asimismo posible emplear sales eutécticas o absorción. con la dicha palabra se denomina solo a los establecimientos dedicados al procesado de determinados alimentos (frigoríficos de carnes o de frutas. El término frigorífico (‘que hace. que fabrica. . que no hace falta. Pronto se dedicó a la fabricación de aparatos frigoríficos para la conservación de los alimentos. Rouen). sobre todo en Uruguay y Argentina (grandes beneficiarios del invento. donde se abrieron colectas para intentar ayudar a Tellier. Entre 1868 y 1869 se centró en el análisis del frío industrial y sus aplicaciones. A pesar de la importancia de su invento. si se está abriendo constantemente la puerta del refrigerador (mientras se prepara la comida). falleció en París casi en la miseria. Con esto dio comienzo un intenso tráfico de carne entre Europa y América. Recibió honores. De esta manera se llevó a cabo el primer transporte a larga distancia entre Argentina y Europa (concretamente entre Buenos Aires y la ciudad francesa de Ruan en francés. Uno de los pioneros del refrigerador fue Charles Tellier. se pondrá en marcha solamente uno de los dos compresores. . Además de su invento legó una importante obra. o bien dos. Tellier se mostró carente del espíritu empresarial necesario para explotarlo comercialmente.6 Ese mismo año acondicionó un buque para transportar carne refrigerada. Con todo. Los refrigeradores domésticos pueden tener un solo compartimento. que les permitía exportar carne a Europa). titulada Historia de una invención moderna: el frigorífico (París. permitiendo que se pudiera consumir carne suramericana en Europa.Efectivamente. sin añadir frío. que en 1867 inventó un dispositivo destinado a fabricar hielo. cosa que antes hubiera sido impensable. La capacidad del refrigerador se acostumbra a medir en litros. Los frigoríficos con dos compartimentos fueron comercializados por primera vez por General Electric en 1939. Introdujo el éter dimetílico y la trimetilamina en la industria. y en 1876 consiguió construir el primer frigorífico plenamente funcional. que puede ser de congelación. al compartimento congelador. 1910).  Indicador de las condiciones del filtro que avisa cuando llega el momento de cambiarlo.4. 4. Se utiliza para tratamiento de lesiones benignas como verrugas. como . Criocirugía o crioterapia ¿Qué es la criocirugía o crioterapia? Es un procedimiento de destrucción de tejidos mediante el uso de una sustancia a temperatura de congelación. Existen distintos criógenos.5. hisopo) y de contacto con punta cerrada.  Una advertencia de apagón. con aplicador (por ejemplo. ¿Cuáles son algunos usos comunes del procedimiento? Se pueden tratar tanto lesiones benignas como malignas. pueden tener:  Una pantalla de cristal líquido que sugiere qué tipos de comida deberían almacenarse a qué temperaturas y la fecha de caducidad de los productos almacenados. Se pueden emplear distintas técnicas de aplicación: por rociado o spray. usualmente al parpadear la pantalla que muestra la temperatura. queratosis seborreicas.Las posibilidades de los refrigeradores más recientes se han ampliado notablemente. alertando al usuario sobre la ocurrencia del mismo. siendo el más empleado el nitrógeno líquido porque logra la menor temperatura en el tejido. Puede mostrar la temperatura máxima alcanzada durante el apagón (al no haber refrigeración por falta de energía eléctrica). junto con información sobre si la comida congelada se descongeló o si hay posibilidad de que como resultado de la interrupción de la refrigeración pueda albergar bacterias dañinas. O premalignas. ¿Cómo funciona el procedimiento y cómo se realiza? La muerte celular se da por la conversión del agua celular en hielo. . y permite al paciente reintegrarse a su actividad en forma inmediata. Por ello. edema (hinchazón) y la formación de una ampolla. ¿Se usa anestesia? Es un procedimiento bien tolerado en general. ¿Cuáles son los beneficios y los riesgos? Se puede emplear prácticamente en cualquier grupo etáreo (por ejemplo. con trastornos hemorragíparos o anticoagulados. que no requiere un ambiente estéril como un quirófano. Puede quedar una tipocromía residual (mancha más clara que el resto de la piel). que no necesite una biopsia.queratosis actínicas y malignas (algunas formas de carcinomas cutáneos. Es una práctica de consultorio. por lo que en pocos casos se necesita anestesiar la zona antes del tratamiento. ¿Que experimentará el paciente durante y después del procedimiento? Se produce dolor (máximo en los primeros minutos posteriores a la congelación). no melanomas). Luego se forma una costra o escara y cicatriza entre 2 a 4 semanas después (dependerá del tipo de lesión tratada). cuando se emplea se debe valorar: La seguridad en el diagnóstico clínico. en ancianos que no pudieran afrontar una cirugía). ¿Cuáles son las limitaciones de la criocirugía? Una limitación de la criocirugía es que destruye la lesión a tratar y no permite el estudio del tejido destruido (es decir que no permite hacer la biopsia de la lesión). con marcapasos y en aquellos pacientes que no quieran ser intervenidos quirúrgicamente. y Alaska). Clima polar El clima polar o gélido se caracteriza por tener casi permanentemente temperaturas por debajo de 0 °C. Climas fríos • Clima continental frío (norte y noreste de Europa. Esto será decidido por el dermatólogo que realice el procedimiento. Canadá. sur y centro de Siberia. Por ejemplo.5°C (récord en la superficie de La Tierra). de los Andes o de las montañas de Alaska. no puede tratarse un tumor maligno localizado en el borde del párpado. • Clima polar (en el Ártico y en la Antártida). las temperaturas son más frías que las del Polo Norte. que debe saber cuál lesión podrá ser tratada con criocirugía y cuál requerirá otra terapéutica para no exponer al paciente a un riesgo de recurrencia o persistencia de la lesión. Los medios naturales de la zona fría o medios polares se localizan entre el Círculo Polar Ártico y el Polo Norte y entre el Círculo Polar Antártico y el Polo Sur. la agresividad histológica. alcanzando unas condiciones más severas en la Antártida. • Clima de montaña (zonas montañosas de más de 3500 msnm cerca del Ecuador.6. El clima polar se da principalmente en los dos polos.Si es una lesión maligna con una confirmación histológica previa. etc. porque es probable que no lo destruya completamente y al continuar su crecimiento invada en profundidad.). pudiéndose dar en las cumbres del Himalaya. . debe ser una lesión de bajo riesgo (por su localización. El clima de las zonas más altas de las principales cordilleras del planeta se asemejan mucho al polar. es decir: entre los 65 y los 90° de latitud norte y sur. puesto que al tratarse de un continente. La humedad en el aire es inexistente y el viento suele ser bastante intenso. y escasas precipitaciones. -80 y hasta -89. 4. hasta 1000 msnm en regiones frías). llegando a alcanzar los -70.4.1 lo que hace aún más hostiles las condiciones de vida en este clima. su tamaño. puesto que al tratarse de un continente. La primera está situada al norte del círculo polar ártico y la segunda al sur del círculo polar antártico. están enmarcadas en este clima. Las cumbres nevadas de todos los Andes. El clima polar está caracterizado por tener casi permanentemente temperaturas por debajo de 0 °C. en la estación Polo Sur estos valores oscilan entre -28 °C en el verano austral y -60 °C en el invierno austral. considerando que generalmente cae en forma de nieve en un ambiente muy ventoso. Los medios naturales de la zona fría o medios polares se localizan entre los círculos polares Ártico y Antártico y los correspondientes polos norte y sur.5°C (récord en la superficie de La Tierra).700 metros. lo que hace aún más hostiles las condiciones de vida en este clima. las temperaturas son más frías que las del Polo Norte. alcanzando unas condiciones más severas en la Antártida. La precipitación es muy en escasa y difícil de medir. En los polos las temperaturas son muy bajas porque los rayos solares llegan muy inclinados respecto a la superficie terrestre. entre los 65° y los 90° de latitud norte y sur.  Hielo o Glacial: es el correspondiente a alturas mayores de los 4. pudiéndose dar en las cumbres del Himalaya. Por ejemplo.Hay dos zonas frías. Todas las tierras muy próximas a los círculos polares tienen este clima. . de las Cadenas montañosas de Europa. y la precipitación anual es considerablemente mayor por efecto del paso de sistemas frontales. Su temperatura es siempre bajo 0 grados. el clima polar se subdivide en tundra y en hielo o glacial. El clima polar se da principalmente en los dos polos. de los Andes o de las montañas de Alaska. En la Antártida En la meseta interior del continente Antártico se registra un fuerte contraste térmico entre los meses de sol alto y los de noche polar. El clima de las zonas más altas de las principales cordilleras del planeta se asemejan mucho al polar. África y Asia con cumbres nevadas. donde el hielo cubre el océano todo el año. y las precipitaciones son muy escasas. Además.  Tundra: presenta una vegetación baja que va desapareciendo con la presencia de los primeros hielos. Su lado occidental se caracteriza por un clima marítimo. -80 y hasta -89. y en su borde oriental predomina un clima continental relativamente más frío. En la Península Antártica las condiciones térmicas no son tan extremas. La humedad relativa en el aire es muy baja y el viento suele ser bastante intenso. una en el hemisferio norte y otra en el hemisferio sur. llegando a alcanzar los -70. por lo menos. se utiliza en la técnica y cuya fórmula química es CFJC12. Recordemos que el helio líquido fue obtenido por Kamerlingh Onnes en 1908. y mientras no lo enfriemos a una temperatura menor que ésta. Para el helio 7 = 5. Pero nosotros mostraremos no sólo el “asalto”. El frío profundo Regresemos a la Tierra. La primera es la licuación del helio. basado en el principio de evaporación. generalmente. ya que éste no es tan sencillo y pocos son los que pueden recorrerlo. Este empieza a evaporarse de un modo intenso. por ejemplo. pasar por él por primera vez era un objetivo elevado. Lo principal que se exige de él que debe licuarse a presión moderada ya a la temperatura ambiente. Veámos cómo la técnica realiza el paso de la temperatura ambiente a la temperatura del helio líquido. La técnica de refrigeración ha recibido un gran desarrollo en la actualidad.2 K. Y si. ¿No se podrá. no trabajará. El enfriamiento se produce gracias a la evaporación. sino también el “sendero de los sherpas”.7. En nuestros tiempos los científicos tienen a su disposición la cantidad necesaria de helio líquido y parten de dicha temperatura ya bastante baja. el refrigerador. la presión del vapor saturado de todas las sustancias disminuye rápidamente .2 K. ¿No se podrá utilizar una instalación semejante para la licuación del helio? Para esto tenemos que recordar cómo trabaja el refrigerador. el freón-12 que. que. Este líquido es conducido por un tubo capilar a la cámara frigorífica donde ese tubo desemboca en un tubo ancho. Esto ocurre en dos etapas. entonces. hace aún muy poco tiempo. Es suficiente recordar. no. pasa al estado líquido.4. El tipo más común de tales máquinas funciona así (fig. De este esquema se deduce que no cualquier gas sirve para el trabajo en un refrigerador. utilizar el refrigerador por evaporación aunque sea para un enfriamiento preliminar? La temperatura que con él obtiene será tanto más baja cuanto menor sea la presión del vapor sobre el líquido (o sobre el cuerpo sólido). ya que las bajas temperaturas existen sólo aquí. y el ciclo se cierra. comprimimos e) helio más fuertemente. Mientras trabaja el compresor. 4.4. y este suceso ha sido un gran logro de la ciencia. continuando enfriándose. además.75 años atrás. que la industria produce millones de refrigeradores domésticos.4. solamente desde aquí empiezan la conquista de la cumbre. el gas se calienta considerablemente y es necesario enfriarlo hasta temperatura ambiente en un radiador especial donde. ¿también se volverá líquido a temperatura ambiente? Desgraciadamente. ya que ese proceso transcurre con absorción de calor. ¿No es verdad que tal situación recuerda el asalto al Everest: un grupo grande de sherpas transporta al pie de la montaña todo lo necesario para tos alpinistas. Muchas sustancias poseen esta propiedad.): un compresor comprime el gas de trabajo hasta una presión de varias atmósferas.7. ahorrando fuerzas en la etapa preliminar. por desgracia. los vapores son bombeados por el propio compresor. de tal manera que la presión sobre el liquido disminuye bruscamente. y veremos cómo se logra obtenerlas. Recordemos que para cualquier sustancia existe una temperatura crítica Tc por encima de la cual la fase líquida no existe. por ejemplo. cuya temperatura de ebullición a presión normal (de 760 mm Hg) es igual a 4. Pero. o sea. eso aún no es una catástrofe. Pero si la presión del gas es baja. Tal método existe y es extraordinariamente sencillo. Por lo tanto. En nuestro caso es igual al calor de evaporación multiplicado por la cantidad de sustancia de trabajo bombeada por unidad de tiempo. o sea. 4. la eficacia del refrigerador disminuirá como el vapor Como íjevap tiene el mismo orden de magnitud que kTc. lo cual se debe a la atracción mutua de las moléculas.metanoCH4{112 K)y nitrógeno N2 (63 K). Pues no importa. Mas tampoco este gas salvaría la situación: absorbiendo los vapores de hidrógeno es posible obtener tan sólo 14 K. La temperatura crítica del hidrógeno. en este caso no ocurre ningún cambio de temperatura en general*1. y con su ayuda obtener una temperatura más baja. no se podrá bombear mucha sustancia y. llamado proceso de JouleThomson. gracias al rozamiento. El hecho de que en el referido proceso. Se puede intentar elegir otra sustancia para el refrigerador. tal que éste empiece a trabajar desde el nivel de temperatura alcanzado por el primer refrigerador. constituye solamente 33 K. podemos considerar que la obtención de aire líquido ya no es un problema. que podría ser el siguiente eslabón. por lo visto será muy difícil obtener un valor mucho inferior a Tc. por una válvula de estrangulación en cuyo canal. En tal refrigerador en cascada (fig.al bajar la temperatura. la velocidad del flujo se reduce a cero. Sin embargo. Por eso. El destino de cualquier refrigerador es absorber calor del objeto que se enfría y compensar el flujo parásito de calor inevitable. La ley de Boltzmann nos sugiere que Psat x eva kT. .2) se pueden. el gas se enfría. Resulta que para eso basta con que el gas comprimido se expansione dejándolo pasar por un orificio estrecho.al estado de vapor. es necesario buscar otro método de enfriamiento. por ejemplo. cuando los parámetros de un gas son próximos a los parámetros críticos. el rendimiento del refrigerador no debe ser demasiado pequeño. Y así sucesivamente. por consiguiente. pero. comienza a manifestarse su calidad de gas no ideal. lo cual aún se encuentra por encima de la temperatura crítica del helio. sin profundizar en este tema. Pero más adelante la cadena se rompe. la energía que es necesario comunicarle a ésta para que pase del estado líquido -energéticamente ventajoso. donde qevap es el calor de evaporación correspondiente a una molécula. Es un gran triunfo: ¡pues así se puede licuar el aire! Es cierto que para esto existen soluciones técnicas más eficientes. Por ejemplo. utilizar las siguientes sustancias: amoníaco NH3 (hasta ~230 K).eti)enoC2H4(173 K). no es evidente ni mucho menos. para un gas ideal. radiador. No se sabe si Kamerlingh Onnes prestó atención a tal fenómeno.2 K*> intrigó a los investigadores. El experimento lo realizó junto con su colega Boks. cuando ese gas cesa de hervir.1). obligatoriamente está relacionada con el cambio irregular de la estructura de la sustancia. puede ser la transición vapor liquido. Kamerlingh Onnes se dedicó a la medición de sus parámetros y.4. Eso indicaba claramente la existencia de cierto cambio cualitativo que ocurría en el helio a esta temperatura. con la transición de fase. se podía variar la temperatura del líquido y medir la dependencia p (7’) representada en la ftg. el volumen y la temperatura magnitudes ya conocidas valiéndose de la fórmula de Mendeléev Clapeyron. ctc. Con arreglo a la presión en el volumen que quedaba a temperatura ambiente. a pesar de todo. . Tras obtener helio líquido. El mismo consistía en lo siguiente. se podía determinar el volumen del líquido.4. 2. ya que de eso él no escribió nada en sus trabajos. Es evidente que estos datos eran suficientes para calcular la densidad del líquido. o sea. Pero. En un vaso Dewar con helio líquido se sumergía un pequeño recipiente de vidrio-probeta graduada de volumen conocido. en cuya parte superior se hallaba soldado un tubo de vidrio graduado. a base de la presión. Esquema de un refrigerador doméstico: 1 compresor. a través de la tapa que cerraba herméticamente el vaso Dewar. Su presión se medía con un manómetro. Allí fue conectado a otro recipiente de volumen establecido. a la determinación de su densidad a temperaturas diferentes.8. 3r cámara frigorífica vaporizadora. El máximo a temperatura Tx2. válvulas. Por ejemplo. 6. el cual. de diámetro determinado (fig. 4.7.FIG. fue el primero quien indicó que a dicha temperatura las propiedades del helio poseen una singularidad. AI referido recipiente fue soldado un tubo metálico capilar. Durante el enfriamiento. se determinaba la cantidad de helio que no se condensaba. el cual se llenaba de helio gaseoso. 4. en primer lugar. La cantidad total de helio contenido en el sistema de medición se determinaba antes del experimento. o sea. parte del helio se condensaba en la probeta y.2. Superfluidez Llegó el momento de dedicarse al asunto acerca de lo que ocurre con el helio a temperaturas más bajas de 2. según la posición del menisco en el tubo capilar. El hecho es que cualquier alteración de la monotonía de variación de las magnitudes físicas en función de la temperatura. Extrayendo con una bomba los vapores de helio del vaso Dewar. 6. líquido-sólido.17 K. salía al medio ambiente. y el cuadro se mantiene igual. a % -33 K. ya que ahora. ya que ese mismo cuadro desde entonces lo han visto centenares de veces todos los investigadores que trabajan con helio líquido. vaso Dewar con helio líquido. a la presión de . por ejemplo.14 K. Helio líquido y sólido En cuanto a disposición de los físicos apareció el helio líquido. Continuemos la extracción de vapor. es decir.8 K. junto con el vapor se evacúa la energía relacionada con la capacidad térmica del líquido. ¡el helio no tiene punto triple! Es la única sustancia que posee tal propiedad.8. la diferencia constituye un poco más del doble. 3 recipiente de volumen conocido. Para aclarar en qué consiste esa diferencia. y no cabe la menor duda que incluso hasta el cero absoluto el líquido limita con los vapores de helio. Se observan muchas burbujas pequeñas que se separan de las paredes y se acumulan en la superficie. Esquema de una instalación para medir la densidad del helio líquido: 1volumen de medición. la de 0. la temperatura constituye 4. 2. De pronto. Se ve bien su superficie libre y el menisco en la pared. Algo ha ocurrido.FIG.40 mm Hg (y a la temperatura de -2. primero es necesario recordar qué propiedades generales poseen los líquidos. gracias a la radiación suministrada. Kamerlingh Onnes. y dentro de diez años y pico. manómetro de mercurio. en sus primeros experimentos logró alcanzar la temperatura de 1. todas las burbujas desaparecen y el helio se vuelve completamente transparente.2 K. Pues bien. el punto triple se manifiesta a .9. . 4. surge inevitablemente calor. Ahora los científicos ya han llegado a alcanzar milésimos de grado Kelvin. baño con hielo en estado de fusión: 5. el helio comienza a ondularse y no se tranquiliza durante mucho tiempo. 4. y el líquido hierve tranquilamente. Por consiguiente.4. Kamerlingh Onnes esperaba que eso mismo ocurriría con el helio. pero el helio seguía siendo líquido. Podemos describir exactamente lo que apareció ante sus ojos. pero el mismo se mantiene líquido. Si sacudimos el aparato. Por lo visto. Sin embargo.4 K. siete veces más baja que la temperatura crítica. ya que. 4.17 K) la ebullición cesa instantáneamente. cuando por primera vez en el mundo comenzó a extraer los vapores del nuevo líquido obtenido por él. para el hidrógeno. y la temperatura crítica. al principio la presión de los vapores es igual a la presión atmosférica. Al comenzar la extracción de vapor la ebullición se hace más intensa. o sea.4. ellos comenzaron a estudiar sus propiedades y en seguida tropezaron con el hecho de que éste no se parece a ningún otro líquido. y son precisamente ellos los que determinan su diámetro. Cualquier átomo consta de un núcleo muy pequeño y de electrones que se mueven alrededor de éste. gracias al movimiento térmico. se puede decir que dos fenómenos excepcionales se ven. conocida con el nombre de “principio de íncertidumbre”.Precisamente para que se pueda realizar la extracción de vapor. Uno de ellos se basa en el estudio de la dispersión de unos átomos en otros-¡recuerden cómo Rutherford medía las dimensiones de los átomos! Solamente que en este caso la técnica es mucho más sencilla. a partir de lo que sabemos del micro mundo. Los electrones en su movimiento forman una especie de nube en el volumen del átomo. Cuanto mayor es el átomo. 4. Es absolutamente análogo al efecto fotoeléctrico y. llamado ionización. tanto más alejados del núcleo. Una de las principales características de cualquier cuerpo es su tamaño. aunque no demasiado. pero tomaremos de un manual los datos que nos interesan y los apuntaremos en una tabla. es posible explicar por qué el helio no se endurece. Así pues. Además es evidente que la variación de las dimensiones no está relacionada directamente ni con el número de electrones ni con la masa atómica.2) e indicar en ella un punto singular. ya que. El del átomo puede ser medido por muchos métodos. se encuentran los electrones. el criostato mostrado en la fig. está bien estudiado. los átomos en cualquier gas chocan e “informan” unos a otros acerca de sus diámetros. Utilizando la ley de la mecánica cuántica. Intentaremos explicar qué significa eso. menos energía es necesario agregar para separarlo del átomo. el umbral de ionización E¡ puede ser medido al aparecer corriente eléctrica a través de un gas iluminado por una luz visible o una luz ultravioleta. en efecto. Pero es necesario entender por qué el helio dejó de hervir y por qué no se vuelve sólido. midiendo. unos de otros. por ejemplo.17 K. Podemos (razar la linea vapor-líquido (fig. y al tubo lateral se conecta una manguera hacia la bomba. Vemos que los diámetros de los átomos se diferencian.6. Se puede estimar que cuanto más lejos del centro se halle el electrón. la velocidad de difusión es posible calcular las dimensiones de los átomos. No detallaremos la esencia de tales mediciones. en el que cesó la ebullición a -2. al igual que el umbral de dicho efecto. Este proceso. a simple vista. b se halla cerrado herméticamente con una tapa de vacío. Por eso. . por término medio. 5. 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