Intercambio de energía entre el ambiente y los organismos
Valentina se apoya descalza en el piso de cerámica de su casa y siente frío en los pies, aunque el piso y el aire están a la misma temperatura. ¿Cómo puede ser? La respuesta está en cómo viaja el calor entre un organismo y lo que lo rodea. Al final de la página volveremos a ella.
Calor y equilibrio térmico
El calor es energía que pasa de un cuerpo más caliente a uno más frío. Siempre va en ese sentido, hasta que ambos igualan su temperatura.
Un organismo intercambia calor con el ambiente todo el tiempo: lo gana si el ambiente está más caliente que él y lo pierde si está más frío. Además, produce su propio calor con el metabolismo. Para mantener el medio interno estable (homeostasis), el organismo debe equilibrar lo que gana y lo que pierde.
Hay cuatro mecanismos de intercambio: conducción, convección, radiación y evaporación.
Menciona los cuatro mecanismos de intercambio de energía en forma de calor entre un organismo y su ambiente, y escribe una frase breve que describa en qué consiste cada…
Menciona los cuatro mecanismos de intercambio de energía en forma de calor entre un organismo y su ambiente, y escribe una frase breve que describa en qué consiste cada uno.
Conducción y convección
La conducción es el paso de calor por contacto directo entre dos cuerpos o materiales. Las partículas más energéticas chocan con las vecinas y les transmiten energía. Ocurre, por ejemplo, cuando una lagartija se echa sobre una roca caliente.
La convección es el intercambio de calor con un fluido en movimiento (aire o agua) que pasa por la superficie del cuerpo. El fluido se calienta o se enfría al tocar el organismo y se lleva ese calor. El viento sobre la piel de un ciclista o la corriente de un río son ejemplos. Cuanto más rápido se mueve el fluido, más rápido es el intercambio.
Por eso el piso de cerámica "se siente frío" aunque esté a la misma temperatura que una alfombra o el aire: la cerámica conduce mejor el calor, así que lo extrae de tu pie con rapidez. La sensación de frío depende de la rapidez con que pierdes calor, no solo de la temperatura. Con esto queda resuelto el caso de Valentina: interviene la conducción.
Valentina se apoya descalza sobre el piso de cerámica fresco de su casa y siente frío en los pies, aunque el piso y el aire de la habitación están a la misma…
Valentina se apoya descalza sobre el piso de cerámica fresco de su casa y siente frío en los pies, aunque el piso y el aire de la habitación están a la misma temperatura. Indica qué mecanismo de intercambio de calor interviene en esta situación.
Clasifica cada situación según el mecanismo de intercambio de calor que predomina (conducción, convección, radiación o evaporación): a) una lagartija sobre una roca…
Clasifica cada situación según el mecanismo de intercambio de calor que predomina (conducción, convección, radiación o evaporación): a) una lagartija sobre una roca caliente; b) sentir el calor del Sol en la cara; c) el sudor que se seca sobre la piel; d) el viento que enfría a un ciclista.
Radiación
La radiación es el intercambio de calor mediante ondas electromagnéticas (sobre todo infrarrojas), sin necesidad de contacto ni de un medio. Por eso sientes el calor del Sol en la cara aunque el aire esté fresco.
Todo cuerpo emite radiación, y también la recibe. Un organismo gana calor si recibe más de la que emite (al sol) y lo pierde si emite más (en la sombra, de noche, frente a un cielo despejado).
Un lagarto toma sol sobre una roca por la mañana. Identifica al menos tres mecanismos de intercambio de calor que actúan entre el lagarto, la roca y el ambiente, indica…
Un lagarto toma sol sobre una roca por la mañana. Identifica al menos tres mecanismos de intercambio de calor que actúan entre el lagarto, la roca y el ambiente, indica en cada caso si el animal gana o pierde energía y justifica tu respuesta.
Evaporación y humedad
La evaporación ocurre cuando un líquido pasa a vapor. Para hacerlo necesita energía, y la toma del propio cuerpo en forma de calor. El resultado es que el organismo solo pierde calor por este mecanismo. El sudor de los humanos, el jadeo de un perro o la saliva que algunos animales esparcen sobre su piel enfrían por esta razón.
Lo que enfría no es el sudor al salir, sino el sudor al evaporarse. Si el sudor solo gotea, el enfriamiento es mínimo.
La humedad del aire
El aire solo admite cierta cantidad de vapor de agua. Si ya está muy húmedo, el sudor se evapora despacio, por lo que enfría poco. En un día seco y con viento, se evapora rápido y enfría mucho.
| Condición del aire | Evaporación del sudor | Enfriamiento |
|---|---|---|
| Seco | Rápida | Eficaz |
| Húmedo | Lenta | Poco eficaz |
| Con viento | Rápida (se renueva el aire) | Más eficaz |
Sebastián juega béisbol bajo el sol de Barquisimeto en un día húmedo y observa que sudar le cuesta más enfriarse que en un día seco. Explica, a partir del mecanismo de…
Sebastián juega béisbol bajo el sol de Barquisimeto en un día húmedo y observa que sudar le cuesta más enfriarse que en un día seco. Explica, a partir del mecanismo de evaporación, por qué la humedad del aire influye en la eficacia del sudor para disminuir la temperatura corporal.
Una persona en un día de viento fuerte en la isla de Margarita sale del mar con la piel mojada y siente frío, aunque la temperatura del aire es agradable. Explica qué…
Una persona en un día de viento fuerte en la isla de Margarita sale del mar con la piel mojada y siente frío, aunque la temperatura del aire es agradable. Explica qué mecanismos de intercambio de energía contribuyen a esa sensación y por qué desaparece al secarse con una toalla y abrigarse.
Tamaño corporal y varios mecanismos a la vez
En la vida real los cuatro mecanismos actúan juntos. Para analizar un caso, pregúntate: ¿qué hay en contacto con el cuerpo? ¿hay aire o agua en movimiento? ¿recibe sol? ¿hay agua que se evapore? Y en cada uno: ¿gana o pierde calor?
Superficie y volumen
El calor se intercambia por la superficie, pero se almacena en el volumen. Si un cuerpo crece, su volumen aumenta más rápido que su superficie. Compara dos cubos:
| Cubo | Lado | Superficie | Volumen | Superficie/Volumen |
|---|---|---|---|---|
| Pequeño | 1 cm | $6\ \text{cm}^2$ | $1\ \text{cm}^3$ | 6 |
| Grande | 10 cm | $600\ \text{cm}^2$ | $1\,000\ \text{cm}^3$ | 0,6 |
El cuerpo pequeño tiene mucha superficie para su volumen: gana y pierde calor rápido. El grande tiene poca superficie para su volumen: cambia de temperatura lentamente.
Un grupo de estudiantes compara dos cuerpos: una lagartija pequeña y un caimán del Orinoco, ambos expuestos al sol en una mañana fresca. Analiza cómo influyen el tamaño…
Un grupo de estudiantes compara dos cuerpos: una lagartija pequeña y un caimán del Orinoco, ambos expuestos al sol en una mañana fresca. Analiza cómo influyen el tamaño corporal y la relación entre superficie y volumen en la rapidez con que cada animal gana y pierde calor por los distintos mecanismos, y argumenta qué ventaja térmica tiene el animal de mayor tamaño.
En una sabana de los Llanos, a mediodía, un chigüire se sumerge en un caño mientras otro permanece de pie bajo la sombra de un árbol. Compara los mecanismos de…
En una sabana de los Llanos, a mediodía, un chigüire se sumerge en un caño mientras otro permanece de pie bajo la sombra de un árbol. Compara los mecanismos de intercambio de energía que actúan en cada caso, indica cuál animal pierde calor con mayor rapidez y justifica tu elección con base en la conducción, la convección, la radiación y la evaporación.
Resumen
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El calor pasa del cuerpo más caliente al más frío; un organismo lo gana o lo pierde según la diferencia de temperatura con su ambiente.
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Conducción: contacto directo; depende de la conductividad del material (la cerámica "se siente fría").
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Convección: fluido en movimiento (aire o agua) que se lleva o aporta calor; el viento y el agua corriente la aceleran.
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Radiación: ondas infrarrojas, sin contacto; el Sol calienta y el cuerpo también emite.
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Evaporación: solo enfría; la humedad del aire la frena y el viento la acelera.
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Los cuerpos pequeños, con más superficie por volumen, cambian de temperatura más rápido que los grandes.
Vuelve al principio: Valentina siente frío en los pies porque la cerámica conduce el calor mejor que el aire y se lo quita a la piel más rápido.