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¡Vence al calor!

¡Vence al calor!

Juega a “¡Vence al calor!”. Descubre cuáles son las verdaderas palabras, representadas con sus letras desordenadas, antes de que el termómetro llegue a su valor máximo.

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¿Congelarse o freírse en el espacio?


En esta caricatura, una nave espacial se congela y la otra se cocina.¡El espacio lejano es más frío que el Polo Norte en diciembre! Pero también puede ser más caliente que un volcán en erupción. En la Tierra, el aire ayuda a emparejar la temperatura. Pero en el espacio no hay aire. Puedes freírte de un lado mientras te congelas del otro.

Para una nave espacial, ¡eso significa muchos problemas!

Algunos instrumentos de la nave espacial se calientan simplemente al funcionar y necesitan eliminar ese exceso de calor. Otras piezas de la nave espacial necesitan calor adicional para funcionar correctamente.

Los ingenieros espaciales saben todo sobre el calentamiento y el enfriamiento, incluso en las naves espaciales muy pequeñas. Las naves pequeñas son especialmente difíciles de mantener a una temperatura confortable. Eso es porque tienen muy poco espacio en su interior para calentadores y enfriadores. Tampoco tienen demasiada energía eléctrica adicional para alimentar estos equipos.

Entonces, ¿cómo resuelven este problema los ingenieros?

¡Llaman a sus amigos! Y ellos son la conducción, la convección y la radiación. Son las maneras en que la energía del calor se desplaza de un lugar a otro.

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Conducción


Caricatura de una sartén calentándose en una cocina.Incluso dentro de la materia sólida —como las ollas calientes y los pies fríos—, los átomos y las moléculas siempre están en movimiento, sacudiéndose hacia arriba y hacia abajo y desplazándose por todas partes. No los podemos ver sacudirse, pero podemos sentir su energía. ¿Cómo? ¡En forma de calor!

El agregar energía térmica a la materia hace que sus átomos y moléculas se sacudan aun más rápido. A medida que se aceleran, chocan contra sus vecinos, y estos también comienzan a sacudirse muy rápido.

Si colocas una sartén fría sobre una cocina caliente, muy pronto la sartén también estará caliente. Si el mango es metálico, también se calentará, a medida que las moléculas que se mueven con mayor rapidez en el metal transmiten su energía.

De eso se trata la conducción: la materia “conduce” energía a través de sí misma, debido a las moléculas que chocan entre sí.



Convección


Caricatura de una habitación con una estufa caliente de un lado, mostrando el aire caliente (flecha roja) que se desplaza hacia arriba desde la estufa, luego alrededor de la habitación, enfriándose (la flecha se torna azul), y cayendo al suelo para volver a ser calentado por la estufa.Al igual que la conducción, la convección ocurre también en la materia, pero sólo en líquidos y gases —como el agua y el aire. Los átomos y las moléculas de líquidos y gases están más alejados entre sí que en los sólidos. Como están separados por más espacio, tienen mayor libertad para moverse. A medida que se calientan y se sacuden con mayor rapidez, se mueven mucho más lejos, transportando con ellos la energía térmica.

Los átomos y las moléculas se mueven en corrientes. Por ejemplo, la llama de una vela (que está compuesta de gases tan calientes que brillan) calienta el aire a su alrededor. El aire caliente se eleva, formando una corriente. El aire más frío se mueve hacia dentro para reemplazar el aire calentado; a su vez, se calienta y se eleva hacia la corriente.



Radiación


Caricatura que muestra el Sol y la Tierra, con la luz del Sol irradiándose por el espacio que los separa.La radiación mueve la energía sin ninguna ayuda de la materia.

Decimos que la energía del Sol se irradia por el espacio hasta llegar a la Tierra. Eso significa que viaja en forma de ondas y que no necesita ni átomos ni moléculas para desplazarse. La energía que se desplaza por radiación se llama “radiación electromagnética”. La luz es un tipo de radiación electromagnética que podemos ver. Pero la luz es sólo una minúscula parte de todos los tipos de radiación electromagnética.

Si bien no lo podemos ver, el calor que sentimos en nuestra piel cuando estamos al Sol o cuando ponemos las manos cerca de una cocina caliente es causado por radiación infrarroja, que es otro tipo de radiación electromagnética.




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Keeping Cozy in Space


Now, how do engineers keep everything cozy and comfy aboard the spacecraft?

Space Technology 5 artist rendering

These are the three miniature satellites of the Space Technology 5 mission. Designing a heat control system for these three tiny spacecraft was a challenge for thermal engineers.

In the past, space engineers put heaters inside the spacecraft near things that needed to be kept warm. Near things that needed to be cooled off they put radiators that send extra heat outside into space. But heaters and radiators are heavy to launch, take up space, and use lots of electricity.

Spacecraft are getting smaller, lighter, and more power-efficient all the time. So these older heating and cooling systems aren't so good.

The Space Technology 8 mission is testing a new miniature spacecraft heat management system, called the Thermal Loop. It uses tiny pipes to conduct heat away from one part of the spacecraft that is getting too warm and deliver it to another part that is getting too cold. It also has special radiators that open out into space to get rid of excess heat. The radiators also have a special coating that can be "tuned" using tiny amounts of electric power to let out more heat or less heat.

Diagram of Thermal Loop heat flow

This is how the Space Technology 8 Thermal Loop heat management system works.

The Space Technology 8 Thermal Loop will be flown on a real spacecraft to see how it works in the harsh temperature extremes of space. If all goes as expected, the Thermal Loop will be all ready to use on future missions to Mars . . . and beyond.