flujo de calor

El plasma de microondas en un vórtice es como una batidora de cocina que calienta y mezcla el gas a la vez. En el reactor, el gas se hace girar y las microondas lo calientan hasta miles de grados, rompiendo las moléculas de dióxido de carbono. Los científicos han creado un modelo computacional de este reactor para entender cómo afecta la presión al proceso.

En la corona solar, de vez en cuando llueve, pero no agua, sino plasma. El gas sobrecalentado se enfría, se condensa en grumos y se precipita a lo largo de los bucles magnéticos, como gotas por canalones invisibles.

El universo temprano se asemeja a un resorte fuertemente comprimido. En los primeros instantes se expandió a una velocidad inimaginable: esta etapa se llama inflación.

Una cascada que no se calienta al caer, sino que se congela: así se comporta el gas que fluye hacia una estrella de neutrones en un púlsar de rayos X cuando la estrella brilla débilmente. Normalmente, la materia que cae se calienta hasta el blanco, pero un nuevo estudio muestra lo contrario.

Una corriente oceánica de cientos de kilómetros de ancho vive su propia vida, alimentándose de la energía de diminutos remolinos. En la atmósfera ocurre algo parecido: los pequeños torbellinos ceden su fuerza a enormes corrientes de aire. Este proceso, la cascada inversa de energía, se conoce desde hace tiempo.

En los primeros instantes de la vida del universo, este se asemejaba a un caldero burbujeante. Al enfriarse, ocurrían transiciones de fase, algo así como cuando el vapor se convierte en agua, pero en lugar de moléculas, cambiaba el propio estado del espacio. En ese caldero nacían burbujas de la nueva fase, parecidas a las burbujas de una olla hirviendo.

Cuando los físicos hacen circular electrones por un canal ultrapuro de arseniuro de galio a temperaturas de helio, esperan ver un líquido dócil, casi ideal.

En los océanos profundos de las lunas heladas, el agua no se queda quieta. Chorros cálidos ascienden desde el fondo rocoso, pero la rotación del planeta los retuerce formando largos surcos inclinados, alargados a lo largo del eje de rotación. Antes, este proceso no podía incluirse en los modelos globales: era demasiado complejo.

El té en una taza se enfría tranquilamente sobre la mesa. Pero si pasas a toda velocidad cerca de la velocidad de la luz, el termómetro marcará más, aunque nadie haya calentado el té. Los cálculos lo confirman: la aguja subirá. Hace cien años, los físicos estaban divididos en tres bandos.

La copa de un árbol enorme se mece con el viento, pero las raíces y el tronco quedan ocultos bajo tierra. En el Sol, el papel de esas raíces invisibles lo desempeñan los campos magnéticos. Emergen de las profundidades, atraviesan toda la atmósfera y controlan el movimiento del gas incandescente: el plasma.

En una cacerola con sopa hirviendo, las corrientes turbulentas llevan el calor hacia las paredes y la sopa se enfría. En un tokamak — una enorme botella magnética para el plasma — ocurre lo mismo: los remolinos de turbulencia arrastran la energía hacia afuera, impidiendo encender la reacción de fusión.

La superconductividad es cuando la corriente eléctrica fluye sin pérdidas, como el agua por una tubería perfectamente lisa. Normalmente aparece a temperaturas muy bajas, pero hay materiales donde surge a temperaturas más altas.

El efecto Mpemba sorprende: el agua caliente agua a veces se congela más rápido que la fría. Los científicos crearon un modelo simple: una bolita en un medio espeso como la miel, en un paisaje con dos depresiones y una pared en un extremo. La bolita se mueve con viscosidad, sin saltar la colina central.

El telescopio James Webb observa cada vez más exoplanetas — mundos en otras estrellas. Algunos de ellos son esferas rocosas al rojo vivo, siempre mostrando la misma cara a su estrella. Allí la roca se funde, formando océanos de lava líquida. ¿Cómo se mueve esa lava?

Cuando los servidores de un centro de datos trabajan a plena potencia, se calientan como una plancha olvidada. Ese calor se pierde, y para enfriarlos se gasta aún más energía. Unos ingenieros de Alemania han propuesto aprovechar ese calor: que sea él mismo quien impulse el líquido por tubos finos, sin motores ni bombas. Su dispositivo parece una cajita plana con el fondo asimétrico.

El hielo se escapa bajo la cuchilla del patín, como una pastilla de jabón entre las manos mojadas. Durante cien años, los científicos discutieron de dónde viene esa resbalosidad. Unos decían: ya hay una fina capa de agua en la superficie, que actúa como lubricante. Otros objetaban: el agua aparece solo cuando empiezas a moverte, por la fricción.

El hielo en una sartén caliente no solo se derrite: también se mueve. Debajo se forma una fina capa de agua y el trozo se desliza como si estuviera engrasado. La velocidad de ese deslizamiento depende de la rapidez con la que el calor atraviesa la película de agua y de la inclinación de la pendiente.

En invierno, el lago se cubre de hielo, y este simple proceso resulta ser un modelo vivo del Universo en expansión. El grosor del hielo aumenta según la misma ley matemática que las distancias entre galaxias lejanas. El secreto está en el movimiento del agua bajo la costra de hielo.

Una cacerola de agua calentada por debajo es un ejemplo sencillo de turbulencia. El líquido caliente asciende, el frío desciende, y el flujo se divide espontáneamente en celdas giratorias, similares a rollos horizontales. En un nuevo trabajo, los físicos tomaron un recipiente rectangular ancho (diez veces más largo que su altura) y siguieron cuántos de esos rollos aparecían.

Una olla en la cocina recibe calor, pero no trabajo: el gas bajo la tapa simplemente se calienta. ¿Y si la cocina no fuera normal, sino cuántica? Entonces el calor y el trabajo pueden llegar a la vez, como de un motor que además calienta. En el nuevo trabajo se describe precisamente ese caso: un sistema clásico —por ejemplo, un péndulo o un espejito— se baña en un medio cuántico.

Los glaciares no se oscurecen solo por el hollín. En su superficie viven diminutas algas que, con el calentamiento, proliferan y vuelven el hielo oscuro. El hielo oscuro absorbe más luz solar, se derrite más rápido y calienta aún más el planeta. Es como una camiseta negra al sol, que se calienta más que una blanca. El segundo protagonista del sobrecalentamiento son los bosques.

Si haces pasar corriente por un cable, el cable se calienta. Esto lo sabe cualquiera que haya tocado un cargador de teléfono. Los físicos llaman a este calentamiento efecto Joule, en honor a James Joule, quien a mediados del siglo XIX midió cuánto calor produce la electricidad.

En el gas ardiente de partículas cargadas —el plasma— los campos eléctricos caóticos funcionan como un colador. La partícula lenta se rodea de una nube de cargas opuestas que atenúa el campo externo. La rápida se desprende de esa coraza y recibe un impulso.

La idea del universo en expansión, propuesta por Georges Lemaître, adquiere una analogía inesperada. El espacio se comporta como un pistón en un cilindro: la energía oscura lo empuja, como el vapor.

El parapente, el ala delta y el planeador son tres alas diferentes, pero en el cielo se comportan igual. Los pilotos captan corrientes térmicas invisibles, ascienden con ellas y luego planean hacia la siguiente. Este vuelo se parece al juego de la rayuela: un salto hacia arriba, luego un deslizamiento hacia adelante, y de nuevo a buscar un lugar para saltar.

Un fino chorro de agua fluye por una tabla fría e inclinada y se convierte en una cresta de hielo ante nuestros ojos. Primero, el agua se abre un camino recto de hielo, como si ella misma reforzara sus orillas. Luego, el arroyo comienza a serpentear y el hielo se extiende rápidamente hacia los lados.

El agua en un vaso se enfría, el hielo se derrite y la tetera calienta la estufa: así funciona el mundo: el calor siempre va de lo caliente a lo frío. Es la segunda ley de la termodinámica, una ley que nunca se ha violado.

Los Júpiter calientes — exoplanetas gigantes, pegados a sus estrellas — están misteriosamente inflados. Sus radios a menudo son entre un 50 y un 100% mayores de lo que predicen los modelos estándar de formación.

El agua siempre fluye hacia abajo, y el calor, de lo caliente a lo frío. Así lo dicta la энтропия. Pero el mundo cuántico encuentra atajos. Los físicos hicieron que partículas de luz interactuaran con un medio caliente y otro frío en una secuencia incierta, como una moneda lanzada que aún no ha caído.