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El pájaro termodinámico

Hace unos años, estando en clase de Termodinámica, el profesor de dicha asignatura (uno de los mejores profesores de la carrera, en mi opinión), nos trajo un  jueguete para explicarnos el 2º Principio de la Termodinámica. Dicho juguete se llama “Drinking bird” (o “Pájaro bebedor” si lo traducimos al castellano).

A mi aquella clase me pareció muy instructiva y de hecho estuve algún tiempo buscando aquel curioso “pájaro”, descubriendo que su venta en España estaba prohibida por las autoridades ya que algunos contenían cloruro de metileno (CH2Cl2) que es un líquido inflamable y sofocante pudiendo ser “peligroso” para los niños, lo mismo que el vidrio en caso de romperse.

Posteriormente, me volvió a picar el gusanillo, tras verlo en un episodio de los Simpsons.

Y hace unos meses, descubrí que en una de estas famosas páginas chinas de venta por internet, lo tenían por un más que módico precio, y junto, con otro par de compañeros de mi empresa, encargamos unos cuantos de estos artilugios.

No nos tardaron en llegar. Pero vayamos al tema del apotema:

FUNCIONAMIENTO:

El “artilugio” consiste en dos esferas de vidrio (una sería “la cabeza” del pájaro y otra “el cuerpo”) comunicadas por un tubo hueco también de vidrio. En el interior de las esferas se introduce un líquido volátil cuyo punto de ebullición está próximo a la temperatura ambiente 28C para que evapore fácilmente. Normalmente este líquido de color rojo suele ser Trifloruro dicloroetano (CF3CHCl2) también conocido como “Halotrón” o en otros casos, el ya mencionado, Cloruro de Metileno (CH2Cl2 y Pe = 34C).

La “cabeza” se recubre con fieltro y se le añade un pico del mismo material poroso. En la mitad del tubo, se encuentra una pieza metálica que actuará de eje y como apoyo para el soporte que permitirá la oscilación. Ya tenemos la estructura del pájaro. Ahora sólo falta aproximarlo a un vaso lleno de agua (y suficientemente alto para que el pico del pájaro llegue cuando está inclinado).

Se introduce el pico en el agua para que “beba” y se suelta para que recupere la verticalidad,..a partir de ahí, el pájaro repite dicho proceso el sólo “indefinidamente”.

 

FUNDAMENTO FÍSICO

En principio, este aparato puede parecer lo que en Termodinámica se denomina “Móvil Perpetúo de Segunda Especie” (MPSE), es decir, que sería capaz de transformar la energía interna (en forma de calor) en energía mecánica sin que haya gasto de entropía, por lo que se cumpliría el Principio de Conservación de la Energía (cosa que incumplen los Móviles Perpetuos de Primera Especie que crean energía de la nada), pero no el Principio de Aumento de la Entropía.

Parte del agua que se encuentra en el pico después de beber del vaso, se evapora por un proceso adiabático espontáneo llamado “Principio del Mínimo de la Función de Gibbs”, siempre que la humedad del aire esté por debajo de la humedad de saturación (humedad relativa menor del 100%), por lo que, por el Segundo Principio de la Termodinámica, aumenta la Entropia del Universo. El agua toma calor de la cabeza del pájaro y la temperatura desciende en medio grado Celsius. Entonces la presión de vapor del líquido volátil disminuye con la temperatura(Ecuación de Clausius-Clapeyron). Se establece una gran diferencia de presión entre la cabeza y la base que hace al líquido subir por el tubo gracias a que el extremo de éste se encuentra por debajo de la superficie del líquido hasta que la diferencia de presión cabeza-cuerpo se equilibra (Experiencia de Torricelli y Teorema de Bernoulli). En verano, la cabeza se enfría más rápido y el liquido asciende en menos tiempo, debido a la menor humedad relativa.

Cuando el líquido asciende tanto por el tubo que el centro de gravedad del pájaro se encuentra por encima del fieltro, el equilibrio se hace inestable, y crea un par de fuerzas, que da lugar al movimiento de rotación que hace que el pájaro se ponga en posición horizontal de nuevo y moje el pico de fieltro en el agua y se vuelva a repetir el proceso.

Esto hace que el movimiento se repita constantemente durante largo tiempo.

ENLACES:
Saber curioso

Monográfico sobre Ciencia Recreativa

Universidad de Cantabria

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1 comentario

Publicado por en 10/02/2013 en Ciencia

 

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