Presión y temperatura

Empieza por de dónde sale la presión. Las moléculas del recipiente chocan contra la pared sin parar, y una colisión es un golpecito, pero cuando se junta un número enorme en un segundo se vuelven una fuerza constante que empuja la pared. Sube el número de moléculas con el control y más moléculas quieren decir choques más frecuentes contra la pared y la barra de presión se llena, así que la presión es la suma de las colisiones que recibe una unidad de área de pared. Un globo está tenso y un neumático firme porque las moléculas de dentro siguen tamborileando la pared. El aire que nos rodea tamborilea así cada pared y presiona con una fuerza cercana a 10 toneladas en cada 1 metro cuadrado, y aun así no sentimos ese peso porque el empuje es igual por dentro y por fuera.

Ahora la temperatura. Calienta el recipiente y cada molécula vuela más deprisa, y subir la temperatura con el control hace que las moléculas reboten más lejos y con más fuerza y el color se ponga caliente. La temperatura es el promedio del movimiento que tienen estas moléculas, y con más precisión dice cuánta energía cinética tiene una molécula por término medio. Así caliente quiere decir que las moléculas se mueven deprisa y frío que se mueven despacio. Una cautela es que la temperatura no es la velocidad de una molécula sino el promedio de muchísimas, así que haya muchas moléculas o pocas la temperatura es la misma si solo el promedio es el mismo. Las moléculas no van todas igual de deprisa, y se extienden de rápidas a lentas, y que las más rápidas de la superficie salgan volando es la evaporación, así que un charco se seca un poco incluso lejos del punto de ebullición.

Ahora pon un cuerpo caliente contra uno frío. Deja pasar el tiempo con el control y las moléculas rápidas del lado caliente chocan en la frontera con las del lado frío y comparten su movimiento, el lado caliente se enfría y el frío se calienta. Cuando las dos temperaturas se igualan, el calor ya no fluye hacia un lado, y este estado se llama equilibrio térmico. Lo que importa es que se paran a la misma temperatura, y temperatura igual quiere decir que los promedios del movimiento molecular se han igualado y ya no queda nada que intercambiar. Podemos comparar las temperaturas de dos cuerpos gracias a este equilibrio. Las cosas dejadas mucho tiempo en una habitación ya lo han alcanzado, así que un tirador de metal y una puerta de madera están de hecho a la misma temperatura, y el metal se siente más frío solo porque se lleva el calor de la mano más deprisa.

Baja la temperatura paso a paso y el movimiento de las moléculas se hace más lento paso a paso. En la gráfica de cómo cambia la presión del recipiente con la temperatura, bajar la temperatura debilita y espacia las colisiones y la presión cae en línea recta. Alarga esa línea y llega a un punto donde la presión es 0, unos 273 grados bajo cero Celsius, el suelo donde el movimiento molecular no puede encoger más y nada puede estar más frío. Los científicos hicieron una escala nueva con este punto como 0, la temperatura absoluta en kelvin, y sumar 273 al Celsius da kelvin. Toda fórmula de la termodinámica usa kelvin y no Celsius porque la cantidad verdadera de movimiento molecular hay que contarla desde el suelo. El suelo se puede acercar pero no tocar del todo, y hasta el laboratorio más frío solo ha bajado a 1 grado por encima del cero absoluto en una parte de 10 a la novena, y aun eso es mucho más frío que el espacio vacío.

Por último hay un acuerdo simple y hondo. Mide una taza de agua con un termómetro y sale cierta temperatura, y mide una barra de hierro con el mismo termómetro y sale otra vez la misma temperatura, y puedes pulsar el botón para poner el termómetro contra cada uno por turno. Si los dos coinciden con el termómetro, el agua y la barra de hierro están a la misma temperatura aunque no se toquen. Parece demasiado obvio, pero esa obviedad es el cimiento sobre el que se sostiene la idea de temperatura, y se llama la ley 0 de la termodinámica. Si A está en equilibrio con C y B está en equilibrio con C, entonces A y B también están en equilibrio, y gracias a esta ley una referencia llamada termómetro puede alinear y comparar la temperatura de todo. Esta ley se llama ley 0 porque es más de cimiento que la ley 1 y la ley 2, y aun así se redactó solo después de que esas dos ya tenían nombre, así que hubo que insertarla en el sitio numerado 1 por delante.