¿Por qué el aire se expande al calentarlo?

El calor no es nada. Es la sensación corporal que sentimos al percibir temperatuas algo por encima de la “temperatura de confort”. Desde hace ya tiempo que sabemos que la temperatura no es otra cosa que la cantidad de movimiento que tienen las moléculas que están a esa temperatura. Cuando aumentamos la temperatura de un sólido, sus moléculas sólo pueden vibrar en su ubicación cristalina. Lo más que pueden hacer es separarse un poco. Macroscópicamente, a eso se llama “dilatación de un sólido”. No hay reglas fijas de dilatación: cada cuerpo tiene las suyas. Si seguimos aumentando la temperatura, las moléculas vibran cada vez más. Cuando la energía de vibración es superior a la energía de enlace cristalino, el cristal se desmorona y el sólido se funde: pasa a ser líquido. La situación no es muy diferente a la anterior, sólo cambian algunas cosas, bueno, las que conocemos: la diferencia entre agua y hielo. Si seguimos calentando, el líquido también se sigue dilatando, aunque con otra curva para cada substancia. Llegado un punto de temperatura, el liquido pasa a ser un gas. Ahí las moléculas ya no están sometidas a fuerzas particulares dependientes de su naturaleza (al menos no mucho). El gas ya se comporta de una forma bastante parecida unos de otros. Todos se siguen dilatando al subir la temperatura, la diferencia es que se dilatan mucho más, pues cada grado se convierte en movimiento libre. La otra diferencia es que da casi lo mismo que el gas sea agua o un silicato. Se pueden aplicar leyes simples para predecir su estado.

Esto no es del todo cierto, pues alguna influencia tiene la naturaleza molecular del gas. Por eso los físicos hablan de “gases perfectos”, que son aquellos en los cuales la naturaleza química de los mismos no influya en nada. Cada gas tiene su curva de expansión, pero las diferencias de unos a otros pueden ser obviadas para casos sencillos. Normalmente, cualquier gas se acerca al “ideal” a concentraciones muy bajas.

Un caso muy curioso, que ha servido de gran ayuda es el de las estrellas. Los gases de las estrellas, en realidad, no son gases. Son “plasma”. Y el plasma es casi un gas perfecto (está muy enrarecido porque los electrónes se han separado de los núcleos y es como si el gas fuera muy ligero, aunque tenga densidades de miles de veces la atmosférica). Por ello, se han podido hacer “modelos estelares” por ordenador, que nos dicen mucho sobré qué es una estrella por dentro. Sabemos más del interior del sol que del interior de la tierra por ello: porque son esferas de “gas perfecto”, aunque a millones de grados en sus centros. Cuando supe esto, me quedé anonadado.