Lo que he escuchado en libros y otros materiales es que el calor no es más que la suma del movimiento de las moléculas. Entonces, como todos saben, uno de los mitos más comunes es "A diferencia de las películas, no te congelas de inmediato cuando te lanzan al espacio".
Pero lo que me preocupa es que las cosas en el universo eventualmente se enfrían. ¿Cómo es posible eso cuando no hay otras cosas alrededor a las cuales las moléculas puedan transferir su calor?
Intercambias calor con los objetos a tu alrededor.
Si los objetos a tu alrededor están más calientes que tú, te calentarás.
Si los objetos a tu alrededor están más fríos que tú (sin considerar el calor que estás generando debido a procesos metabólicos), te enfriarás.
En el espacio, los objetos a tu alrededor (principalmente el medio interestelar) están más fríos que tú, por lo que irradias más calor lejos de ti hacia ellos de lo que ellos irradian hacia ti.
Si fueras arrojado al espacio, pero muy cerca de una estrella, podrías recibir más calor de la estrella de lo que podrías irradiar al espacio, y te calentarías en lugar de enfriarte.
Pero lo que me preocupa es que las cosas en el Universo eventualmente se enfrían, ¿cómo es posible, cuando no hay otras cosas alrededor, a las cuales las moléculas transfieran su calor?
Existen tres mecanismos principales de transferencia de calor.
Conducción es la transferencia por contacto directo entre dos cuerpos, o a través de un cuerpo con un gradiente de temperatura a través de él.
Convección es la transferencia por el flujo de un fluido (líquido o gas).
Radiación es la transferencia por el intercambio de radiación electromagnética.
La transferencia de calor por radiación no requiere ningún contacto físico entre dos cuerpos o ningún medio material que rodee a un cuerpo. La radiación es el mecanismo principal de transferencia de calor para un cuerpo flotando en el espacio.
Cabe señalar que la radiación es mucho menos eficiente que las otras dos, por lo que los trajes espaciales, el Transbordador Espacial y la ISS necesitan grandes radiadores u otros sistemas de enfriamiento. Esto es un poco contrario a la intuición dado que "todo el mundo sabe" que el espacio es frío. La razón es que el espacio también es muy vacío, por lo que no hay nada con qué conducir o convectar.
@JörgWMittag Por lo que sé, los trajes espaciales ni siquiera son lo suficientemente grandes para eso: utilizan un refrigerante desechable y, cuando se agota (o los ventiladores dejan de funcionar), mueres de golpe por insolación.
@JörgWMittag: ¿A qué te refieres exactamente con "la radiación es mucho menos eficiente que las otras dos"? Depende de los niveles de temperatura y de lo que haya entre los dos cuerpos. He escuchado que la convección y la conducción no son muy eficientes para transferir energía térmica entre el Sol y la Tierra.
Todo lo que no está a 0 Kelvin emite energía electromagnética. En el vacío, esta es la única forma relevante de transferencia de calor. Cuanto más caliente estés, más energía irradiarás (creo que la ecuación relevante se da aquí).
La pregunta de si te enfriarás o te calentarás en el espacio depende de si absorbes más radiación electromagnética de la que emites. Por lo tanto, por ejemplo, si estás orbitando la Tierra bajo la luz directa del sol, es posible que realmente te calientes, porque hay mucha energía electromagnética proveniente del sol (gran parte de ella como luz visible).
Pero si estás en la sombra de la Tierra, la cantidad de energía que llega desde el lado nocturno de la Tierra y la dirección general del espacio exterior es muy baja en comparación con la cantidad de energía que irradias a 37ºC, por lo que te enfriarás y eventualmente te congelarás.
Si tienes calor, tienes movimiento "aleatorio" de diferentes moléculas en tu material.
Cuando dos moléculas diferentes con diferentes vectores de velocidad interactúan, a veces emiten un fotón llevándose algo de su energía.
Esto resulta en que la energía cinética relativa de las dos moléculas se reduce (debido a la conservación de la energía).
Esta energía cinética relativa promedio distribuida de manera bastante aleatoria sobre la sustancia es lo que llamamos "calor". Los fotones que se irradian y no son capturados de nuevo (al chocar con otras moléculas en el cuerpo) llevan energía lejos del cuerpo.
Una buena aproximación de la cantidad y espectro de los fotones emitidos se conoce como la "curva de radiación del cuerpo negro" para una temperatura dada. Aquí, negro se refiere a "no tener un espectro de absorción/emisión inusual fuerte"; por ejemplo, el gas de hidrógeno tiene líneas en su espectro causadas por la distancia entre el estado de energía más bajo y el segundo estado de energía más bajo de las órbitas electrónicas alrededor del núcleo.
En el medio interplanetario local, hay una fuente de calor caliente grande a 1 UA de distancia (el sol), algunas fuentes de calor cálidas cercanas (la Tierra y la Luna), algunas fuentes de calor lejanas muy pequeñas (planetas y otras estrellas), un medio interplanetario de baja densidad que generalmente es bastante caliente (pero de tan poca masa que realmente no importa), y la radiación de fondo de microondas cósmica.
La radiación de fondo de microondas está alrededor de 3K, y es bastante cercana a un cuerpo negro. Así que si estás más caliente que 3K, emitirás más fotones de mayor energía de la que emitirá hacia ti.
Tus interacciones con el MIP serán pequeñas y no intercambiarán mucho calor.
Si estás cerca de la Tierra, te calentarás a unos pocos grados por encima de 0 grados C intercambiando fotones con ella (en un lado), mientras que no obtendrás nada en el otro.
Si estás bajo la luz del sol, estará vertiendo fotones sobre ti. La calor es a menudo un problema mayor que el frío debido al sol en el espacio; hacemos que las cosas sean reflectantes o blancas para reducir la cantidad de calor que recibimos del sol.
Ahora hay otros efectos en el espacio. Cuando el aire pierde presión, se enfría y el agua sublima de él. Así que si tuvieras una habitación a 20ºC y 1 atm y redujeras su presión a cero, podrías ver agua formándose en las superficies (aire más frío y menos denso causando que el agua se condense), luego, a medida que la temperatura continúe bajando, ese agua podría congelarse.
Los humanos emitirán gases y fluidos cuando estén expuestos al espacio, ya que nuestra carne no está diseñada para soportar un gradiente de 1 atmósfera. Los fluidos hierverán (por falta de presión) y enfriarán, y eso podría resultar en congelación localizada; el cambio de fase de líquido a gas absorbe muchas Joules, y en el gran esquema, 37º C no está muy lejos de 0º C.
En la Tierra, la mayor parte de la transferencia de calor proviene del contacto. Interaccionas mucho más con las cosas "que te tocan" que con las cosas lejanas. Esa interacción hace que se emitan fotones; si la cosa con la que estás "tocando" está más caliente que tú, los fotones de sus interacciones internas y las interacciones entre objetos serán de mayor energía que los que estás emitiendo a su vez. Y, cuando las moléculas de "otras" de alta velocidad promedio se combinan con tus moléculas más lentas, aumentarán directamente su velocidad (incluso al emitir fotones).
Entre esas dos cosas, te calentarás si el medio en contacto está más caliente, o te enfriarás si el medio en cuestión está más frío.
Luego, el medio con el que estás interactuando, si es un gas o un líquido, verá cambiada su densidad al calentarse/enfriarse. Esto hace que se mueva de tal manera que la sustancia con una temperatura "más típica" vuelva a estar en contacto contigo. Este proceso de convección significa que estás interactuando rápidamente no solo con la materia que está inmediatamente en contacto contigo, sino con la materia que a su vez está intercambiando posiciones con ella.
La única materia "en contacto" en el espacio es el medio interplanetario/interestelar, y su densidad es tan baja que la tasa de transferencia de calor es pequeña en comparación con la radiación que emana de la mayoría de los cuerpos macroscópicos.
Oh chico. Esta es la respuesta aceptada de una HNQ, y comienza con una frase sin sentido. No puedes "tener calor". ¿Quisiste decir una temperatura distinta de cero?
También, por favor edita o elimina la definición de "lo que llamamos calor". Supongo que estás hablando de temperatura o energía interna, pero seguramente no de calor.
Finalmente, realmente no estoy seguro de que tu explicación de la convección/conducción sea correcta. Los fotones apenas se mencionan en es.wikipedia.org/wiki/Conducción_térmica o es.wikipedia.org/wiki/Convección. Parece que explicas que la conducción es simplemente radiación térmica de objetos cercanos.
En la época actual, el universo está muy lejos del equilibrio térmico. Está compuesto por un gran número de puntos calientes aislados (también conocidos como estrellas) en un mar de radiación de fondo que tiene una temperatura promedio de solo $2.7$ K.
Pero las estrellas tienen una vida finita (aunque este puede ser un tiempo muy largo para una estrella enana blanca), así que eventualmente todas las estrellas en el universo se quedaran sin combustible y se enfriarán hasta que alcancen la temperatura promedio del universo. En escalas de tiempo muy, muy largas incluso los protones en las estrellas se pueden desintegrar en partículas más ligeras.
Y el universo está expandiéndose y enfriándose a medida que se expande, porque la longitud de onda de los fotones en la radiación de fondo aumenta a medida que el universo se expande. Así que eventualmente el universo alcanzará el equilibrio térmico, cuando todo lo que quede en el universo tenga una temperatura solo una fracción de grado por encima del cero absoluto.
Puede que me haya perdido algo, pero hasta donde yo sepa, la desintegración del protón aún no ha sido comprobada. Para responder a esta pregunta, no parece necesario hacer afirmaciones sobre el destino de nuestro universo que aún no se han establecido como hechos. Por lo tanto, a menos que mi conocimiento esté realmente desactualizado, sugeriría simplemente eliminar la afirmación de desintegración del protón.
Esto se puede entender fácilmente: Si tu temperatura es más alta que la temperatura ambiente, el calor fluirá hacia la zona circundante. Es análogo a la corriente eléctrica que se mueve de un potencial más alto a un potencial más bajo. De manera similar, la corriente de calor fluye desde un alto potencial de calor (alta temperatura) hacia un potencial de calor más bajo (baja temperatura)
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@EricDuminil Gracias por la información. Cambié la selección :D