¡Sube la temperatura!

Antonio Paz y Ciro Sánchez (COLOMBIA)

Desde que el árbitro hace sonar el pitazo inicial hasta que dispone el final del partido, el calor y la temperatura van en aumento en el estadio y en el cuerpo de los jugadores. En el mundo del fútbol, al igual que en otros ámbitos, ante situaciones dudosas hay que buscar soluciones que ofrezcan mayor certeza.

Una final de fútbol siempre es algo emocionante. Ya sea del campeonato local, de la Champions League o de un Mundial, la ansiedad se apodera de los jugadores y de los espectadores. Desde que el árbitro hace sonar el pitazo inicial hasta que se dispone a indicar que el partido ha llegado a su fin, el calor y la temperatura van en aumento, incluso en los días y noches más fríos.

Cada enfrentamiento es apasionante, pero no cabe duda: uno de los que más agitó los ánimos en Colombia ocurrió durante las Eliminatorias sudamericanas de clasificación para el Mundial Rusia 2018, cuando la selección colombiana disputaba con Perú el ingreso al evento futbolístico más importante del mundo. El equipo de Colombia buscaba su sexta participación y la selección peruana soñaba con volver al torneo luego de 36 años. El partido terminó 1 a 1 y con los resultados de los otros enfrentamientos Colombia clasificó en la cuarta posición. Perú, por su parte, tuvo que disputar su cupo —que finalmente obtuvo—en el repechaje contra Nueva Zelanda.

Durante un evento futbolístico, muchas veces escuchamos a los relatores decir que se siente el calor de los hinchas que animan al equipo desde las tribunas. Se refieren a señales, como el volumen de los cánticos en las graderías, la frecuencia de las olas humanas que forman en el transcurso del partido o la fuerza con la que agitan las banderas y gritan un gol.

En el caso de aquel partido de Eliminatorias, las cámaras mostraban otras señales que indicaban el calor que sentían los jugadores y que a cada minuto que pasaba su temperatura corporal iba en aumento. Las gotas de sudor corrían por sus rostros y la transpiración hacía ver a cada futbolista empapado, como si estuviera jugando bajo la lluvia.

Calor, sudor y transpiración son palabras asociadas a temperatura. En el caso del cuerpo humano, la temperatura ambiente elevada o la práctica de ejercicio intenso producen que la temperatura corporal aumente. La fiebre, la ansiedad, el miedo o la excitación también pueden aumentarla. Pero, así como un automóvil acciona el radiador para evitar un recalentamiento, nuestro cuerpo suda para enfriarse. La transpiración es un recurso del organismo para regular la temperatura corporal.

Los cambios en la temperatura influyen en nuestra vida cotidiana y en los deportes esto sí que es cierto. En el fútbol, por ejemplo, los jugadores sienten sus efectos y puede disminuir su rendimiento físico. Por eso no es extraño que en muchos países se programen partidos de fútbol en ciudades costeras —como en Barranquilla, (Colombia)— entre las 12:00 horas y las 15:00 horas, cuando el sol es más fuerte y se experimentan las temperaturas más elevadas. Esto hace parte de una estrategia muy utilizada para agotar a los jugadores que llegan desde otros países a disputar partidos.

La temperatura es medida y controlada en diversas actividades tales como la industria, la salud, la meteorología, la ciencia y la tecnología. Para medirla se utilizan termómetros. En Latinoamérica, y en varios países de otras regiones, para las mediciones de temperatura en la vida cotidiana se suele hacer uso del grado Celsius. A las personas les es familiar la designación de 0 °C como la temperatura de congelación del agua y 100 °C como su temperatura de ebullición (estrictamente esto es correcto si el agua es pura, destilada, y la medición se realiza a nivel del mar).

A nivel molecular, la temperatura está asociada a la medida de la energía cinética promedio (energía de movimiento) en un sistema. A mayor energía cinética promedio de un sistema, mayor temperatura; y a menor energía cinética promedio, menor temperatura. Al medir de esta forma la temperatura, se mide la temperatura termodinámica del sistema.

En el Sistema Internacional de Unidades (SI) la unidad de temperatura termodinámica es el kelvin (K), el cual se define como el equivalente a la fracción 1/273,16 de la temperatura termodinámica del punto triple del agua.

Para obtener el kelvin que se utiliza como referencia nacional para las mediciones de temperatura en los diferentes países esto requiere de experimentos que se realizan en los Institutos Nacionales de Metrología. En la práctica, para realizar (obtener) el kelvin, se utiliza una celda de punto triple.

La celda de punto triple de agua1 no es más que un tubo sellado de vidrio que inicialmente contiene en su interior dos fases de agua pura: líquida y vapor. Para formar la fase sólida la celda se enfría hasta que una parte del agua líquida se solidifica. Esto se logra con un sistema apropiado de enfriamiento; por ejemplo, dióxido de carbono en estado sólido o “hielo seco”, cuya temperatura es −80 °C.

En una celda de este tipo, el punto triple se produce a 273,16 K (0,01 °C). Una vez que contiene las tres fases del agua, se preserva su estado en un ambiente cercano a los 0 °C y se utiliza como referencia en cada oportunidad que es necesario calibrar termómetros de las más alta exactitud2.

Foto cedida por el Instituto Nacional de Metrología de Colombia.

Pero el agua que se utiliza para la realización práctica del kelvin, dependiendo del lugar en que se obtiene y el procedimiento de envasado, presenta variaciones. Por más que en la definición del kelvin basado en el punto triple del agua se especifica cómo debe ser el agua utilizada, esto no deja de ser un problema. Para ofrecer mayor certeza, se propone un cambio en la definición de la unidad kelvin.

Cambios necesarios

Así como la temperatura corporal o la ambiente pueden cambiar frecuentemente, la definición de las unidades en las que se miden las magnitudes también se modifican, aunque no en forma frecuente.

El mundo de la Metrología —ciencia que estudia las mediciones y sus aplicaciones— se está preparando para que, después de múltiples confirmaciones y comprobaciones experimentales, cambien las definiciones de cuatro de las unidades fundamentales del SI: el kelvin, el mol, el ampere y el kilogramo.

La nueva definición del kelvin ya no dependerá del punto triple del agua y en cambio dependerá del valor de una constante de la naturaleza: la constante de Boltzmann (k), que relaciona la energía con la temperatura.

k = 1,380 649 × 10−23 J/K

Así, un kelvin será igual al cambio de temperatura termodinámica que produce a su vez un cambio equivalente en la energía térmica (kT) de 1,380 649 × 10−23 J.

Pero ¿por qué es importante que las unidades de medida se fundamenten en constantes de la naturaleza? La respuesta es sencilla y es que ellas, como su nombre lo indica, permanecen invariables en todo proceso físico o químico a lo largo del tiempo y en todo lugar.

La mayoría de las magnitudes se ven afectadas por la temperatura, por lo que su medición exacta contribuye a mejores mediciones globales. Una definición libre de limitaciones materiales y tecnológicas permite el desarrollo de técnicas nuevas y más exactas para obtener mediciones trazables al SI.

Para determinar el valor de la constante de Boltzmann, se realizaron varios experimentos utilizando termómetros primarios. Entre los empleados podemos citar el termómetro de gas acústico, el termómetro de gas de constante dieléctrica, el termómetro de ruido eléctrico, el termómetro de radiación total y el radiómetro de filtro.

En las mediciones de temperatura en actividades de la vida cotidiana la nueva definición del kelvin no causará un efecto inmediato, así que por ahora podrás leer la indicación un termómetro sin preocuparte por el cambio.

El efecto de la nueva definición impactará principalmente en temperaturas bajas (menores a 25 K) y en altas temperaturas (mayores a 1000 °C). En el intervalo intermedio, mayormente cubierto por termómetros de resistencia de platino, la importancia práctica del punto triple del agua se va a mantener, pero no será más una realización de la unidad. Va a requerir una calibración respecto de la constante de Boltzmann.

La exactitud es un factor esencial en el mundo de la ciencia de las mediciones. El cambio en la definición del kelvin permitirá realizar mediciones que serán reproducibles y replicables de múltiples maneras, en cualquier lugar, a cualquier hora y en una escala realmente universal. Esto quiere decir que se garantizará una mayor exactitud en las mediciones de temperatura y mejorará nuestra confianza en los bienes y servicios que consumamos.

No sería exagerado pensar en una analogía: en el mundo del fútbol, el VAR ─sistema de video arbitraje─ ha permitido que los árbitros tengan mayor certeza en situaciones dudosas como un penal, la anulación de un gol o un fuera de lugar. La nueva definición del kelvin busca algo similar: mejorar la exactitud de las mediciones y sentar las bases para futuras mejoras en todos los ámbitos de la vida.

1 En el que coexisten las tres fases del agua: líquida, sólida y gaseosa.
2 Cada vez que se calibra un termómetro en el punto 0,01 °C, se debe asegurar que en la celda del punto triple del agua ésta tenga los tres estados.

 

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