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sábado, 6 de abril de 2013

Materiales que manipulan el flujo del calor (I/II)

El flujo del calor es algo que sucede a diario, allí donde hay una diferencia de temperatura. Es un concepto relativamente fácil de comprender, al menos en el nivel más básico: el calor fluye hacia la zona más fría; lo hace más rápido cuanto mayor es la diferencia de temperatura; y hay algunos materiales que favorecen el flujo más que otros.
Flujo de calor
El calor fluye de la zona caliente (rojo) a la fría (azul).

Pero si lo comparamos con el caso análogo de la corriente eléctrica, el calor es mucho más difícil de controlar o de aprovechar. Un mayor control del flujo del calor podría ayudar a proteger los sensibles componentes electrónicos de las temperaturas extremas, a sacar mejor provecho de la energía térmica solar o incluso, tal vez, a crear los análogos térmicos de los diodos y los transistores electrónicos.

Sin embargo, que sea difícil no quiere decir que sea imposible, como así lo demuestra el trabajo de Yuki Sato y su ayudante postdoctoral Supradeep Narayana, del Instituto Rowland de la Universidad de Harvard. En su investigación, han usado técnicas del campo de metamateriales para manipular el flujo del calor. Se han inspirado en los dispositivos que hacen a algunas regiones "invisibles" a ondas electromagnéticas, ondas acústicas, campos estáticos y otras señales.

Se pusieron la meta de diseñar un cilindro hueco de paredes gruesas que, cuando se le introdujera en un material con un gradiente de temperatura uniforme y perpendicular al eje del cilindro, pudiera alterar drásticamente el flujo del calor dentro del cilindro sin afectar al flujo fuera del mismo. Pero rápidamente se dieron cuenta de que ninguna sustancia ordinaria podría lograr este efecto. Un cilindro hueco de un material con una conductividad térmica mucho mayor o menor que la del material de fondo, podría disminuir el gradiente de temperatura dentro, pero a costa de distorsionarlo enormemente fuera.

¿Qué hacer entonces? ¿Se trataba de un callejón sin salida? Sal de dudas leyendo la segunda parte de este artículo.
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Fuente:
http://www.physicstoday.org/resource/1/phtoad/v65/i7/p16_s1

miércoles, 15 de febrero de 2012

La física y las cuchillas de afeitar

Una cuchilla de afeitar parece algo demasiado cotidiano, pero si se la mira con detalle, podemos descubrir que se trata de algo extraordinario. Desde sus componentes (sofisticados materiales compuestos y finas películas) a su diseño para reducir la fricción o su capacidad de dejar la piel suave, todo esto se lo debemos a físicos como Jeffrey S. Parker, que han hecho de esta área su campo de juego.

En la industria cosmética en la que trabaja, necesitaban físicos, en concreto de materiales, que pudieran comprender la física que hay detrás de la forma y el movimiento de una cuchilla, para poder mejorar y diseñar productos de alto nivel como los que incorporan muchas hojas. No obstante, el trabajo en una empresa de este tipo es multidisciplinar, ya que abarca diferentes campos que se solapan. Y esto parece hacerlo aún más interesante.

Neuron brandishing a razor bladeUn dato curioso: las cuchillas que se usan en el afeitado son de las superficies cortantes más sofisticadas y afiladas que podemos encontrar en nuestro planeta. En concreto, las cuchillas Fusion son más finas que un grano de arena y el radio del borde de la hoja es más pequeño que una neurona o la longitud de onda de la luz visible. Estamos hablando de ingeniería de ultraprecisión.

Para lograr una cuchilla lo más fina posible, Jeffrey Parker colaboró en el empleo de una cubierta de carbono adiamantado sobre el acero del borde de la cuchilla. Este material de extrema dureza (unas diez veces más duro que el acero que recubre) aumenta la fuerza de cada hoja y permite que las cuchillas sigan afiladas después de muchos usos. También se aplica a las cuchillas una capa de teflón para disminuir la fricción. Pero la capa del carbono adiamantado es la que permite que las hojas de las cuchillas sean más finas, reduciendo las fuerzas que entran en juego en el corte del pelo y disminuyendo así el número de cortes en la cara.

Basado en:
http://www.aps.org/publications/apsnews/201201/profiles.cfm
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