TEMPERATURA Y CALOR
Es muy común que cuando hablamos con alguna persona comentemos
“hace calor” o “tengo frío”, incluso si hemos
estado enfermos decimos “tengo temperatura” al expresar que tenemos
fiebre. Parece que de manera cotidiana entendemos de
qué calor y temperatura se tratan de lo mismo. Pueden percibirse como
conceptos similares la temperatura y el calor pero son dos conceptos
diferentes. En la física una de sus ramas llamada: Termodinamica
se encarga de estudiar los fenómenos relacionados con la temperatura y
el calor.
La temperatura de un cuerpo se relaciona con el
movimiento de sus moléculas: a mayor velocidad de estas, mayor
temperatura que se mide con un instrumento conocido como el termómetro.
Los termómetros son tubos que contienen un
metal que es el mercurio, se usan para medir la temperatura. Estos
instrumentos se basan en la dilatación térmica, es decir, cuando
los materiales se calientan, se incrementa su volumen. El mercurio
cambia apreciablemente su volumen con pequeñas variaciones en la
temperatura y por este motivo se utiliza en los
termómetros. Existen varias escalas para medir la temperatura, como
la Celsius, la Fahrenheit y la Kelvin.
El calor es una forma de energía en movimiento.
Al quemar gas o al conectar una parrilla eléctrica, se
libera calor que sera tomado, en parte, por los objetosque se encuentren
cercanos, por ejemplo, los recipientes que contienen el agua y por el agua
misma. Esta forma de energía no se puede contener en un cuerpo, pues siempre se transfiere a otro que tenga una
temperatura menor.
El calor se transfiere siempre de un cuerpo a otro que
tiene menor temperatura. Existen tres maneras de transferir calor: La
conducción es la transferencia de calor que existe entre dos cuerpos que
estan en contacto y que se encuentran a diferentes temperaturas. Un ejemplo de transferencia por conducción es aquel
por el cual la taza se calienta al colocar en ella café a una
temperatura mayor. Otra forma de transferir el calor es por
convección. Cuando enciendes una vela, por ejemplo, el aire
alrededor de la flama se calienta, y se expande por lo tanto, su densidad
disminuye y, como el aire caliente asciende, obliga al aire frío a
bajar, el cual, a su vez, al estar mas cerca de la flama, se calienta.
La tercera forma de transferencia de calor es por radiación: sin
necesidad de estar en contacto, un cuerpo a alta temperatura puede calentar a
otro que tiene menor temperatura: el Sol, mediante sus rayos puede calentar
objetos que los reciban, así, por ejemplo, en invierno, aunque el aire
esté muy frío, si te vistes con ropa de color negro y te expones
a la luz solar, sientes que la temperatura de tu ropa se eleva.
En 1939, Robert Oppenheimer predijo que una estrella masiva podría
sufrir un colapso gravitatorio y, por tanto, los
agujeros negros podrían ser formados en la naturaleza. Esta teoría
no fue objeto de muchaatención hasta los años 1960 porque,
después de la Segunda Guerra Mundial, se tenía mas
interés en lo que sucedía a escala atómica.
En 1967, Stephen Hawking y Roger Penrose probaron que los agujeros negros son soluciones a las ecuaciones de Einstein y que en
determinados casos no se podía impedir que se crease un agujero negro a
partir de un colapso.
La idea de agujero negro tomó fuerza con los
avances científicos y experimentales que llevaron al descubrimiento de
los púlsars. Poco después, el término 'agujero negro' fue acuñado por John Weeler.
Clasificación teórica
Según su origen, teóricamente pueden existir al menos tres clases
de agujeros negros
• Agujeros negros primordiales, creados temprano en la historia del
Universo. Sus masas pueden ser variadas y ninguno ha sido
observado.
• Agujeros negros súper masivos, con
masas de varios millones de masas solares. Son el
corazón de muchas galaxias. Se forman en el mismo proceso que da origen a las componentes esféricas de las galaxias.
• Agujeros negros de masa solar. Se forman
cuando una estrella de masa 2 mayor que la masa del
Sol se convierte en supernova e implosiona. Su núcleo se concentra en un volumen muy pequeño que cada vez se va reduciendo
mas.
Un agujero negro sin carga y sin momento angular es un agujero negro de
Schwarzschild, mientras que un agujero negro rotatorio (conmomento angular
mayor que 0), se denomina agujero negro de Kerr
Zonas observables
Visión de un artista de un agujero negro con disco de acreción.
Impresión de un artista de un agujero negro con
una estrella del
compañero de cerca que se mueve en órbita alrededor que excede su
límite de Roche. La materia en que cae forma un
disco de acrecimiento, con algo de la materia que es expulsada en jets polares
altamente enérgicos.
En las cercanías de un agujero negro se suele
formar un disco de acrecimiento. Lo compone la materia con momento angular,
carga eléctrica y masa, la que es afectada por la enorme
atracción gravitatoria del mismo, ocasionando que inexorablemente
atraviese el horizonte de sucesos y, por lo tanto, lo incremente.
En cuanto a la luz que atraviesa la zona del disco, también es afectada, tal como esta previsto
por la Teoría de la Relatividad. El efecto es visible desde la Tierra
por la desviación momentanea que produce en posiciones estelares
conocidas, cuando los haces de luz procedentes de las
mismas transitan dicha zona.
Hasta hoy es imposible describir lo que sucede en el interior de un agujero negro; sólo se puede imaginar, suponer y observar
sus efectos sobre la materia y la energía en las zonas externas y
cercanas al horizonte de sucesos y la ergosfera.
Uno de los efectos mas controvertidos que implica laexistencia de un agujero negro es su aparente capacidad para disminuir la
entropía del Universo, lo que violaría los fundamentos de la
Termodinamica, ya que toda materia y energía
electromagnética que atraviese dicho horizonte de sucesos, tienen
asociados un nivel de entropía. Stephen Hawking
propone en su último libro que la única forma que no aumente la
entropía sería que la información de todo lo que atraviese
el horizonte de sucesos siga existiendo de alguna forma.
Otra de las implicaciones de un agujero negro
supermasivo sería la probabilidad que fuese capaz de generar su colapso completo,
convirtiéndose en una singularidad desnuda de materia.
La entropía en los agujeros negros
Según Stephen Hawking, en los agujeros negros se viola el segundo
principio de la termodi
