Un globo inflado que pasa de una habitación templada a un lugar muy frío puede experimentar un cambio llamativo: poco a poco se hace más pequeño. A primera vista, parece que perdió aire. Sin embargo, muchas veces la cantidad de gas sigue siendo prácticamente la misma.
Lo que cambió fue su temperatura. Cuando el gas del interior se enfría, sus moléculas tienen menos energía y se mueven más lentamente. En un recipiente flexible como un globo, esto permite que la presión del aire exterior lo comprima hasta alcanzar un nuevo equilibrio. El resultado es un volumen menor.
¿Qué ocurre dentro de un globo cuando hace frío?
El aire que usamos para inflar un globo está compuesto por enormes cantidades de moléculas que se encuentran en movimiento constante. Esas partículas chocan entre sí y también contra la superficie interior del material que las contiene.
La temperatura está relacionada con la energía de ese movimiento. Cuando el gas se enfría, disminuye la energía promedio de sus moléculas. Sus choques contra las paredes se vuelven menos intensos y el globo flexible puede contraerse hasta que la presión interior vuelve a equilibrarse con la exterior.
Esto no significa que las moléculas individuales se hagan más pequeñas. Lo que cambia es el espacio ocupado por el conjunto de gas bajo esas condiciones.
En un recipiente rígido, como una botella cerrada, el volumen no podría reducirse de la misma manera. Allí, al bajar la temperatura, cambiaría principalmente la presión interna. El globo puede encogerse porque su cubierta es flexible.
La ley que explica por qué el globo se achica
La relación entre temperatura y volumen se describe mediante la ley de Charles, llamada así en homenaje al científico francés Jacques Alexandre César Charles, que estudió el comportamiento de los gases durante el siglo XVIII.
Esta ley establece que, para una cantidad determinada de gas y manteniendo aproximadamente constante la presión, el volumen es directamente proporcional a su temperatura absoluta, medida en kelvin. En términos simples: si el gas se enfría, ocupa menos volumen; si se calienta, ocupa más.
Para comprender el proceso pueden seguirse cuatro pasos:
- El gas pierde temperatura al estar en un ambiente frío.
- Sus moléculas se mueven con menor energía.
- El globo flexible reduce su volumen hasta alcanzar un nuevo equilibrio de presión.
- Al calentarlo nuevamente, el movimiento molecular aumenta y el globo puede expandirse.
¿El globo perdió aire o solamente se enfrió?
Si el cambio ocurre rápidamente al pasar de un ambiente cálido a otro frío, buena parte de la reducción puede deberse simplemente a la temperatura.
Una forma de comprobarlo es volver a colocar el globo en un sitio más cálido. Si no perdió una cantidad importante de gas, debería aumentar nuevamente de tamaño a medida que su contenido se calienta. Experimentos educativos muestran claramente este efecto: enfriar un globo reduce su volumen y volver a calentarlo hace que se expanda otra vez.
Sin embargo, un globo también puede desinflarse lentamente por otra razón. Sus moléculas de gas pueden atravesar poco a poco el material de la cubierta, especialmente a lo largo de muchas horas o días. Ese proceso es distinto del encogimiento reversible causado por el frío.
¿Qué pasa si el gas se enfría muchísimo?
La ley de Charles funciona muy bien para explicar el comportamiento de los gases dentro de ciertos rangos, pero tiene límites.
A temperaturas extremadamente bajas, algunos gases dejan de mantenerse en estado gaseoso y pueden condensarse, es decir, transformarse en líquido. Cuando eso sucede, el volumen puede disminuir mucho más de lo que predeciría una simple contracción térmica.
En demostraciones de laboratorio se utilizan temperaturas cercanas a los -196 °C, las del nitrógeno líquido, para mostrar reducciones impresionantes en el tamaño de algunos globos. Cuando vuelven a la temperatura ambiente y el gas recupera su estado original, pueden expandirse nuevamente.
En una situación cotidiana, el efecto es bastante menos extremo, pero responde al mismo principio general. El globo no se achica porque el frío “se coma” el aire: cambia de tamaño porque la temperatura modifica el comportamiento del gas que lleva dentro.
