jueves, 12 de julio de 2018

Radiación, calor y hornos (I): Queremos calentar las cosas

Esta serie de posts nace de la inquietud que me ha producido desde hace tiempo los bulos y mitos que la gente cree sobre las radiaciones, así que hablando con @Phoenix_alx me acabé de decidir a escribirlo. Originalmente iba sobre hornos de microondas, pero ya puestos lo haremos también para los hornos que usan resistencias eléctricas. Por tanto, no solo veremos qué es cierto y que no lo es según lo que se sabe hasta ahora sobre las ondas electromagnéticas, también mostraremos como funcionan los hornos de resistencia e incluso nos encontraremos con algún consejo sobre su uso ¡y hasta veremos su relación con los teléfonos móviles (o celulares)! Así que prepárate para saber a qué no le debes temer y en qué debes tener cuidado con tu horno, ya sea de resistencia o de microondas.

Para entrar en el tema nos preguntaremos: ¿Qué es un horno de microondas?

Respuesta fácil y rápida (o sobresimplificada, esto es, poco útil): Un horno de microondas es un horno que usa microondas para calentar los objetos en su interior.

Fig. 1. Estoy seguro que quieres que te cuente más. 
¡Capitán Obvio al rescate!



Haremos esto lo más práctico posible, así que intentaré (no prometo nada) que la teoría será solo la indispensable para entender como demonios se calientan algunos objetos que se ponen ahí adentro.


Antes de ver exactamente qué pasa en el horno de microondas, es necesario conocer algunos conceptos que pueden parecer obvios pero no lo son tanto. Comenzaremos por el predecesor, el horno de resistencia eléctrica.

 

Como funcionan los hornos de resistencia eléctrica


Como suele suceder en todas las áreas de las tecnologías, con los hornos ha habido diferentes generaciones. Los primeros fueron a fuego directo, como los hornos de piedra que usan leña o carbón en los que aún se hacen el pan o las pizzas, por ejemplo. Podemos pensar que los hornos de resistencia eléctrica actuales al fin y al cabo son una actualización de los que usan fuego directo.



Fig. 2. Metal fundido en altos hornos. 
¡No creerás como se mide su temperatura!






Un horno de resistencias eléctricas (a partir de ahora "horno RE") las puede tener en diferentes posiciones para generar calor y transferirlo, en este caso, a todos los objetos que están dentro de él. En general (no solo en el caso de los hornos), las formas como se transfiere el calor son las siguientes: 
 
- Por contacto directo. De manera natural, pasa del cuerpo más caliente al cuerpo más frío (y “nunca” al revés). En este blog respetamos las Leyes de la Termodinámica; si lo quieres hacer al revés, tendrás que forzar la transferencia en sentido contrario construyendo una bomba de calor. Si hay interés lo explicaremos en otro post.
 
Fig. 3. Vamos a transferir calor. Fuente: Blog "No soy tu estilo"

Fig. 4. No hace falta decir nada más.

- Por convección. Primero “calienta” un fluido por contacto directo (puede ser un gas como el aire o un líquido, como el agua) y luego este fluido transfiere el calor a los demás objetos, también por contacto directo. Si alguna vez has abierto un horno cuando está caliente o tocado una tubería por donde pasa el agua caliente, sabes a lo que me refiero.

- Por radiación. Prácticamente todos los cuerpos (absolutamente todos) generamos ondas electromagnéticas debido a la temperatura de nuestro cuerpo; estudiando este fenómeno se llegó a conocer la hoy famosa Radiación de cuerpo negro.

Fig. 5. Hay visitantes del blog que les está subiendo el calor en este momento.
(Killmonger del MCU, por cortesía de Marvel).

La radiación de cuerpo negro es famosa porque llevó a uno de los problemas más fascinantes de la Física de finales del siglo XIX y que su resolución fue uno de los pilares de la Física Cuántica: La Catástrofe Ultravioleta. Sí, como el famoso podcast (http://catastrofeultravioleta.com/ , en twitter es @catastrofe_UV). Saludos y gracias por ello a sus perpetradores: Antonio Martínez Ron (@aberron) , a Javi Álvarez (@AvierJalvarez) y Javier Peláez (@Irreductible). Actualmente se utiliza para diferentes espectroscopías como son: espectroscopía por absorción, espectroscopía por emisión y espectroscopía fotoacústica, y varias más.


1a. conclusión: Los hornos RE pueden calentar la comida por convección.

Como veremos más adelante, también pueden calentar por radiación Infraroja (o IR); siendo muy sincero, no es nada sencillo de calcular pero nos podremos hacer una idea bastante cercana. Esta historia continua en

Si quieres profundizar en la emisión de radiación y la catástrofe ultravioleta, puedes verlo:

- En modo historia te lo cuenta Laura Morrón (@lauramorron en Twitter) en su magnífico blog "Los Mundos de Brana: Radiación de Cuerpo Negro y Catástrofe Ultravioleta".

-Si además de la historia quieres ver algunas fórmulas necesarias, te recomiendo verlo con Orlando en su blog "CEPRENI: Maths & Science. El cuerpo negro y la catástrofe ultravioleta"




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