OK, son todas preguntas interesantes y aleccionadoras. Vamos de a una.

a) En invierno, algunas personas acostumbran dormir acurrucados y no con el cuerpo totalmente extendido sobre la cama. Explique cómo influye la posición del cuerpo en la transmisión de calor al medio ambiente.

Los brazos contra el cuerpo, las piernas juntas, el cuerpo acurrucado lo que hacen es disminuir el área de piel expuesta a la temperatura exterior (fría en el invierno). Tal como lo describe la Ley de Fourier, al disminuir el área, A, también disminuye la salida de calor del cuerpo. Eso es justamente lo que pretendemos cuando la diferencia de temperatura, ΔT, es grande, cosa que ocurre cuando afuera hace frío.

Nuestras posturas suelen estar mucho más influidas por nuestro sistema nervioso central autónomo, SNCA, que por la conciencia. El cerebro nos indica cuándo y cómo aumentar o disminuir el área expuesta sin consultarnos. Tenemos posturas de frío y posturas de calor. El SNCA nos indica no sólo de posturas sino de comportamientos. Dormir con la pareja pegados en forma de cucharita, o alejados cada uno en una punta de la cama, tiene más que ver con la termodinámica que con la ternura.

b) Las estufas se colocan en la parte inferior de las habitaciones. ¿Por qué? Realice un esquema gráfico que justifique su respuesta.

La estufa calienta el aire circundante. Ese aire caliente es más liviano que el aire frío de la habitación y asciende hacia el techo. El lugar vacante que deja al irse hacia arriba es ocupado por otra masa de aire frío. Este se calienta y asciende. Se produce una corriente de convección impulsada por la estufa que calienta una y otra vez el mismo aire en toda la habitación.

Si la estufa se colocara arriba, el aire que calienta se queda ahí arriba, no baja. El resultado sería una habitación fría abajo (donde vivimos nosotros) y cálida arriba donde viven las arañas. Una habitación con temperaturas estratificadas e incómoda.

Las corrientes convectivas homogenizan la temperatura en la habitación. También son modeladoras del clima. Las heladeras de una sola puerta tenían el congelador arriba, es la misma lógica aplicada en sentido opuesto.

c) En las zonas muy frías, en las ventanas se utilizan dos vidrios separados algunos centímetros entre sí donde se confina una capa de aire estanco. ¿Cómo influye esta estructura en la transmisión del calor? Si la separación entre ambos vidrios se incrementa y se permite el movimiento del aire, ¿qué sucede con el aislamiento?

Como podés ver el la tabla de conductividades, el aire es un excelente aislante térmico, muchísimo más eficiente que el vidrio y que cualquier otro material transparente. Esa disposición de un sandwich de aire entre dos vidrios logra colocar una capa de aislante eficiente para que el calor de una casa (que es muy caro lograrlo) no se escape por las ventanas por más cerradas que se mantengan. En la búsqueda del ahorro energético, varios estados de Canadá, por ejemplo, premian a los propietarios que instalan ventanas dobles con una bonificación en el precio del gas. Es una pena que en el Sur argentino no se aplique la misma política.

Los mamíferos también se dieron cuenta de las propiedades aislantes del aire y lo adoptaron como abrigo predilecto. El pelo (el gran invento mamífero) es en realidad un atrapador de aire. La pilcha (un invento humano reciente) tiene el mismo cometido: colocar una capa de aire al rededor del cuerpo para usarlo como abrigo.

d) En los calefones el agua se calienta al pasar por una serpentina en contacto con los quemadores. ¿Por qué se utiliza para transportar el mismo caudal, una serpentina larga y angosta y no, un conducto más ancho y corto?

La serpentina le da a la misma masa de agua mayor superficie de contacto con el calor de la llama. Al maximizar la superficie se hace más eficiente el intercambio de calor. Todos los intercambiadores de calor, ya sea para calentamiento o enfriamiento, son estructuras que maximizan la superficie. Estufas calefactoras, radiadores de autos, el radiador de atrás de la heladera, disipadores de componentes de radio, todos esos dispositivos que cuesta mucho limpiar porque juntan mucha tierra, están hechos de esa manera para que el área sea lo más grande posible.

Hasta la naturaleza ha tomado nota de esta característica fundamental de la Ley de Fourier, las estructuras de radiación, como las orejas de los conejos, tienen áreas generosas.

e) Dos vasos con agua, iguales, uno de plástico y uno de aluminio quedan toda la noche en una heladera, por lo que tienen igual temperatura. ¿Por qué razón, al tomarlos entre las manos, el de aluminio se siente más frío que el de plástico?

En la piel tenemos sensores de temperatura, los que responden al frío se llama corpúsculos de Krause. Son más abundantes en las yemas de los dedos, las palmas de las manos y las plantas de los pies.

No se conoce muy bien el mecanismo de acción pero es seguro que responde más al intercambio de calor que a la temperatura real. La sensación de caliente o frío se adquiere justamente con la velocidad de conducción de calor, entonces sentimos más frío cuando tocamos el vaso de aluminio que conduce más eficientemente que el plástico. Nuestro cerebro, razonando como si se tratara de un mismo material, atribuye una menor temperatura al vaso de aluminio que al de plástico.

Lo mismo ocurre cuando caminamos descalzos sobre un piso de baldosas o sobre una alfombra.

La rugosidad del material también afecta la sensación de frío o calor. Los materiales rugosos hacen que entre la piel y el material quede intercalada una capa de aire que es aislante. Hay gente que llama frías a las superficies pulidas.

f) Una nave espacial en órbita, ¿intercambia calor por conducción, por convección o por radiación?

La nave espacial está rodeada de vacío, por lo tanto no puede haber conducción material del calor ni menos que menos convección. La única forma que tiene para perder (o ganar) calor es por radiación. Como las diferencias de temperatura absoluta (y a la cuarta potencia) son muy grandes, el único modo de evitar la pérdida de calor es revestirla de materiales muy reflectantes, espejados, cuya emisividad se acerque a cero.

g) Un cuerpo absorbe el 90 % de la radiación que incide sobre él ¿Es razonable decir que se trata de un buen emisor?

Sí, el factor de emisividad, ε, es el mismo para absorción que para emisión.

h) ¿Porqué la sensación térmica puede ser de 2 ºC un día que el termómetro indica que la temperatura ambiente es 7 ºC?

La sensación térmica depende fuertemente del viento, y en mucha menor medida de la humedad y otros parámetros. Tiene que ver con la pérdida de calor corporal. Cuando el viento choca contra nuestra piel se remueve rápidamente la capa inmediatamente contigua de aire (que nuestra piel acaba de calentar). O sea el viento acelera la convección del aire que le quita calor al cuerpo.

Desafío: ¿Por qué cuando hace frío se nos pone la piel de gallina?