Lámina térmica
03 dic, 2011
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PDFPlásticos estraños
PRESENTACIÓN: Las capas de la estructura cristalina de una lámina termocromática aumentan su espaciado cuando ésta se calienta, produciendo un cambio de color visible. Este fenómeno puede ser usado por ejemplo como avisadores y medidores de temperatura.
- Another Demo of the Unusual Thermal Properties of Rubber, Mark I. Liff, Phys. Teach. 48, 444 (2010)
- Polymer Physics in an Introductory General Physics Course, Mark I. Liff, Phys. Teach. 42, 536 (2004)
28 responses to "Lámina térmica"
No llego muy bien a entender esto. Me vienen a la cabeza preguntas que no consigo responder, ¿Qué propiedad presentan estos materiales para que esto pueda suceder? Podríamos decir entonces que este proceso es reversible, ¿no? y que ¿ también poseen memoria cromática? y , una última por mera curiosidad, ¿esta es la razón por la que los anillos de «estado de ánimo» cambiaban de color?
Lee los artículos de The Physics Teacher. Puede que los anillos de «estado de ánimo» sean simplemente termómetros…
Los anillos del estado de ánimo (“mood rings”) fueron inventados en 1975 por dos inventores de Nueva York, Josh Reynolds y Maris Ambats, quienes unieron cristales líquidos con piedras de cuarzo en anillos. No son más que termómetros de cristal líquido termocromático con forma de anillo. Los cambios en la temperatura hacen que el cristal refleje diferentes longitudes de onda que provocan los cambios en el color. El cristal líquido que se utiliza en estos suele reaccionar mostrando un color “neutral” ante la temperatura media del cuerpo humano (36 °C).
No me deja leer los artículos completos, lo intentaré a la vuelta de vacaciones en la facultad … de todos modos por lo que estuve leyendo, también hay termómetros que funcionan por esta propiedad, ¿no?
Cualquier termómetro es un dispositivo que reacciona de forma medible/visible ante la temperatura. Para ello en el termómetro se mantienen sus variables de estado constantes menos una, la magnitud termométrica. Ésta es la que se mide y se relaciona con la temperatura. Las láminas en este caso se relacionan con el efecto termocrómico. Con propiedades y aplicaciones interesantes. En cualquiera de estos enlaces puedes encontrar información complementaria.
Leí sobre esta propiedad el año pasado, en una noticia sobre las variopintas estrategias de venta de las grandes marcas comerciales. Era Fanta (¿sabíais que se inventó en la Alemania nazi cuando Coca-Cola cortó su suministro en aquel entonces, para después comprarla?), con una campaña ligada a los forofos de los videojuegos, aunque recuerdo que no era aquí en España. El caso es que las botellas de Fanta tenían un área marcada con pintura termocromática, pensada incluso para las distintas maneras de conservar el producto en el supermercado. Las botellas frías, desvelaban mensajes con trucos para un videojuego cuando alcanzaban temperatura ambiente, y las que se vendían sin refrigeración necesitaban el calor de la mano durante un buen rato para el mismo fin. Emplean la Física para engancharnos a los videojuegos y, de paso, a los refrescos.
Y si de negocios va la cosa, he leído que hace poco un español patentó el uso de tintas termocromáticas para saber si un vino está a la temperatura óptima para ser tomado o si la botella que lo contiene se halla a la temperatura ambiente adecuada para su mejor conservación.
Y el sector público también es consciente de esta propiedad termocromática de algunas láminas y pinturas, ya que en Lugo se hizo hace unos años el primer experimento europeo con pinturas termocromáticas para la señalización horizontal en carreteras, que cambia del color cuando las bajas temperaturas del asfalto llevan a la aparición de hielo. Es una de las fases de un proyecto para implantar “carreteras inteligentes” paulatinamente en toda Europa, con otras características como la iluminación autónoma de la calzada por la noche o proveer de zonas de recarga de vehículos eléctricos.
Para complementar la información añado que las láminas térmicas tienen una importante aplicación en los productos que consumimos ya que aportan más información , incrementando así su seguridad de cara a los consumidores y a los fabricantes.
La información que aportan es variada sobre el producto que va desde el aviso de si está fría o caliente una bebida o si está preparada para su consumo, hasta incluso información sobre su trazabilidad.
Al introducir la lámina termocromática en envases y embalajes las funciones tradicionales de éstos, como las de protección y presentación de los productos en el punto de venta, se ven ampliadas con la introducción de la tecnología y se abren nuevas posibilidades como la garantía de que no se ha roto la cadena de distribución de los productos, proporcionan elementos contra la falsificación, ofrecen información en pantallas iluminadas o logotipos luminiscentes.
La gran ventaja es que permite la fabricación de elementos electrónicos como si se tratase de una imagen gráfica, consiguiendo disminuír costes y aumentar la velocidad de producción.
Uno de mis regalos estas navidades fue una taza con este sistema, en el que al añadir leche caliente se observan todas las figuras del juego tetris que con leche fría no se ven. Me pareció muy curioso.
No conocía este tipo de materiales y me parece sorprendente. Además de láminas, también hay pinturas termocrómicas que son capaces de cambiar de color cuando se producen cambios de temperatura. El fenómeno de la termocromía consiste en la variación de la longitud de onda reflejada debido al cambio de temperatura, lo cual hace que cambie el color. Las pinturas termocrómicas nos permiten detectar si una superficie está fría o caliente. Su empleo en el hogar tiene uso en electrodomésticos y puertas antifuego, pero también podría ser de gran utilidad en muebles y en la pintura de paredes.
Abraiante. Non coñecía estes materiais. Ocórreseme que se poderían empregar tamén coma termómetros, se se lles engade unha escala numérica axeitada, de xeito que se corresponda coas distintas gradacións das cores que vaia adquirindo. Aínda que, claro, precisaría dunha pintura termocromática estremadamente sensible ás variacións témicas como para ser detectable un cambio de cor ao variar a temperatura un grao. Sería iso posible?
A verdade é que había visto o tema das cuncas que o votarlle una bebida quente cambiaban de cor, ou unhas que son negras e o votarlle leite quente por exemplo vese unha fotografía, pero nunca me había preguntado porque prodúcese este efecto (propiedade de pigmentos compostos por microcápsulas nos que muda o cor en función da temperatura de forma reversible ou irreversible) , ademais o ver o vídeo e buscar información sobre o tema decateime das numerosas aplicacións, algunhas creo que útiles como as que advirten se por exemplo as bebidas están quentes ou frías (vasos, termos e cuncas), para temas de seguridade como comentou unha compañeira en carreteiras para advertir que por descenso de temperaturas pode haber xeadas, ou tamén úsanse como elementos decorativos, en mobles, obxectos para casa, elementos de deseño, etc.
Interesante propiedade coñecida só desde finais do século XX. Neste traballo fin de grao, un alumno do Grao en Enxeñaría da Enerxía da Universidad de León realiza unha revisión bibliográfica destes materiais para aplicacións en usos industriais. Interesante.
Los materiales termocrómicos pueden tener aplicaciones muy interesantes. Por ejemplo, en este blog hablan de emplear este tipo de materiales en la ropa de los bebés, de modo que si tiene fiebre su ropa cambie de color y alerte a sus progenitores.
Os materiais termocrómicos cambian, de forma reversible ou irreversible, a súa cor coa temperatura. Dito cambio de cor ocorre dentro dun rango de temperaturas. Habitualmente cambian da cor do produto a transparente, o que permite que o fondo sobre o que se sitúan quede visible. Paréceme algo moi útil sobre todo para utilizar como indicativos de advertencia de que unha superficie está demasiado quente. Pódense usar en utensilios como mangos de tixolas, envases de microondas, etc… Aquí achego a dirección dunha web onde se poden mercar produtos deste estilo.
Los materiales termocrómicos se encuentran de forma habitual en juguetes, vasos, etc… pero pocas veces nos paramos a pensar qué es lo que está ocurriendo científicamente (explicado en comentarios previos). Creo que estos materiales podrían ser de gran interés y motivación en las aulas de secundaria, de hecho, como se pueden adquirir fácilmente incluso se podrían utilizar en clases de plástica para crear utensilios o prendas inteligentes, dejo este vídeo a modo de ejemplo.
He leído en el comentario de Gabino de 20/12/2016 que este efecto se podría usar para fabricar termómetros. Efectivamente, y de hecho se han fabricado con muchas aplicaciones. Quizá ahora no se vean tanto, pero cuando yo era niño y no tanto, los veía por todas partes. Unos que recuerdo eran para ver la temperatura del agua de un acuario, y otros eran termómetros en forma de pegatinas para tomar la fiebre en niños inquietos que no dejaban que les pusieran el termómetro estándar (que de aquella era de vidrio y mercurio, con el consiguiente peligro de rotura). Como dijo Gabino la sensibilidad era un factor importante, y más bien se usaban como indicador grosero, más que como medida precisa. En esta imagen podéis ver un ejemplo de esta aplicación.
Un ensayo muy sencillo, de precio asequible y útil para aplicar en las aulas. Otro método para visualizar los cambios de temperatura, si se dispone del equipo adecuado, puede ser empleando una cámara termográfica la cual contiene una serie de sensores de termografía por infrarrojos que detectan dicha energía infrarroja (calor) y la convierten en una señal electrónica, la cual se procesa generando con ello una representación visual térmica en un monitor de vídeo. Sería muy útil para emplear en clase para conocer por ejemplo como se detectan los puentes térmicos en las fachadas, el tipo de aislamiento etc. Sin embargo requiere una inversión inicial importante.
Me parece interesante introducirle a los alumnos el concepto de temperatura con materiales termográficos, ya que es muy visual e intuitivo. Como dijo Kais los acuarios, incluso los de ahora, presentan un termómetro que no es más que una lámina que cambia de color en función de la temperatura que presente el agua. De este modo cada cambio de color en la banda está relacionado con una temperatura.
Las tintas termocromáticas son de una alta tecnología. Cambian de un color dependiendo de la temperatura en la que se encuentren, tan solo suba o baje la temperatura y el color aparece, desaparece o cambia a otro color.Este tipo de material yo lo he visto en ciertas etiquetas de vino blanco, donde el viraje de color indica que el vino está a la temperatura adecuada para ser tomado. También en algunas tazas, sartenes, quien sabe, a lo mejor dentro de nada( si es que no existe) se fabrican camisetas interiores para bebés/niños para ver si tienen fiebre…
Conocía la existencia de este fenómeno de cambio de color en función de la temperatura gracias a unas sartenes de mi casa. Inicialmente las sartenes se ven blancas y al colocarlas sobre el fuego empiezan a ponerse azules, pero vuelven a ser blancas tras colocarlas bajo un chorro de agua fría o simplemente tras dejar que se enfríen al acabar de cocinar. Sin embargo, nunca me había parado a pensar a qué se debía.
Tras ver en estos vídeos que se trataba de pintura termocromática, he buscado información sobre el tema. Estas pinturas tienen la capacidad de cambiar de color con el cambio de temperatura. Una aplicación que he encontrado especialmente beneficiosa en las viviendas para estas pinturas es en las puertas antifuego, pues sería muy útil para alertar en caso de incendio, o cerca de la cocina para advertir de un posible fuego o de una temperatura excesiva del horno. En concreto, el calor es el efecto que provoca esa alteración en el tono de la pintura una vez aplicada en la pared.
Existen pinturas termocromáticas reversibles, es decir, que modifican su color con un cambio de temperatura y luego vuelvan a su color original, y pinturas termocromáticas irreversibles, que no vuelven al color original una vez que se hayan modificado.
Me ha parecido interesante y llamativo para mostrar en el aula.
O material que se nos presenta recordoume o interese que ten hoxe en día na industria farmacéutica o uso de materiais estimulo-resposta. Durante os últimos anos de carreira, na materia de tecnoloxía farmacéutica presentáronsenos diferentes materiais que cambian algunha das súas propiedades fisico-químcias ante a presencia dun estimulo. Varios grupos da USC traballan xustamente con polímeros intelixentes que complementen e melloren a administración de fármacos. Despois das miñas andanzas por diferentes farmacias penso nunha aplicación moito máis sinxela da que se desenvolve nos centros de investigación e innovación farmacéutica, e que ven inspirada directamente por este post: Marcar con tinta termocromática as caixas dos medicamentos para controlar a súa correcta conservación. Unha das responsabilidades das farmacéuticas é almacenar e conservar os medicamentos en condición óptimas de temperatura. A maioría dos medicamentos deben ser conservados por debaixo dos 25ºC para asegurar a súa estabilidade ata a data de caducidade. Por desgracia, o verán e a falta de equipamento dalgúns locais de distribución e/ou venta de medicamentos fai que non sempre se cumpran estas medidas. Unha marca termocromática en todos os embalaxes externos que cambie de cor se a caixa se atopa sobre os 25ºC, pode ser unha medida fácil e efectiva de asegurar que os pacientes reciba os seus medicamentos nas condicións óptimas, usando un material estimulo-resposta.
No eido da saúde é interesante destacar o emprego da termografía do cristal líquido para a prevención do “pé diabético”.
Como sabedes, a diabetes é unha enfermidade metabólica crónica debida a un déficit ou resistencia á insulina, hormona encargada de transportar a glicosa (azucre) aos músculos para o seu emprego como fonte de enerxía ou almacenamento. A presenza de altos niveis de glicosa en sangue de xeito continuado vai producir ao longo prazo danos no sistema cardiovascular e o sistema nervioso periférico, entre outros.
A afectación nerviosa prodúcese principalmente na rexión distal dos membros (sobre todo os pés) provocando sensación de formigueo, dor e perda de sensibilidade; sendo esta última especialmente perigosa, xa que permite que pasen desapercibidas pequenas lesións e se formen importantes úlceras e infeccións (conxunto de complicacións denominadas “pé diabético”). Pois ben, xa que os doentes teñen diminuída a sensibilidade é non se van a decatar da presenza de posibles lesións, empregáronse termogramas para detectar as rexións de risco que, ao estar inflamadas, presentan unha maior temperatura.
Con esta finalidade foron creados dispositivos para uso doméstico cuxo funcionamento consiste en pisar a placa termocromática durante un minuto nun lugar iluminado e visualizar posteriormente as pegadas, de xeito que se aparecen discrepancias entre ámbalas dúas ou algún punto quente (con coloración amarela) se realice unha inspección máis exhaustiva por parte dun facultativo.
NOTA: estes dispositivos non substitúen en ningún caso as revisións periódicas cos especialistas da saúde, senón que constitúen un ferramenta complementaria para o control das complicacións da enfermidade.
Neste link podedes atopar unha análise de termogramas plantares de pacientes diabéticos.
Los materiales y productos termocrómicos o termocromáticos cambian, de forma reversible o irreversible, de color con la temperatura, aunque esto ocurre en un rango de temperaturas. Suelen ser compuestos semiconductores y nos encontramos pigmentos, pinturas o tintas (esta última más viscosa que la pintura). Su aplicaciones fundamentales es señalización (etiquetado/control temperatura-cadena frío-), seguridad (tuberías y conducciones, elementos peligrosos, etc…), artículos del hogar (envases microondas, sartenes, placas calefactoras, vasos-jarras, etc.) y juguetería. Es curioso porque se utiliza en multitud de utensilios del día a día o incluso cosas que llevamos viendo desde pequeños, como el típico anillo que cambia de color “según tu estado de ánimo” (o puede que simplemente tengas un poco de frío). También lo he visto en pintauñas y textil que cambia de color al tacto. Me parece un material muy útil para prevenir si se utiliza en radiadores, motores, equipamientos domésticos o puertas antifuego ya que puede alertar cuando se alcanzan temperaturas que entrañen un problema o peligro de sobrecalentamiento, incendio o explosión. En el caso de la irreversible, se usa por ejemplo para señalar cuando un alimento ha permanecido a temperaturas más elevadas de lo recomendado para su conservación. Mediante la incorporación de esta tinta en los códigos de barras, se dispone de un sistema automático de detección y rechazo.
Buscando más información sobre materiales termocromáticos me ha llamado la atención la cantidad de productos en los que se está aplicando esta propiedad física ¡incluso urinarios termocrómicos!. En las contribuciones en el blog se han mencionado sus interesantes aplicaciones en el mundo de la medicina y la industria alimentaria. En relación a esta última aplicación, las tintas termocromáticas pueden ayudar a reducir el desperdicio alimentario. La Comisión Europea calcula que solo en la UE se desaprovechan anualmente 90 millones de toneladas de alimentos, o lo que es lo mismo, 180kg por persona. Gran parte de estos alimentos siguen siendo aptos para el consumo humano. Los envases inteligentes, a ser posible reutilizables, serían una innovación que ayudaría con las fechas de consumo preferente y caducidad, y con las temperaturas óptimas de consumo de los alimentos para mantener sus propiedades.
Interesante propiedad! Creo que podría contar con muchas aplicaciones como por ejemplo registrar las temperaturas de alguna substancia a lo largo de un transporte, por ejemplo una vacuna. Personalmente no recuerdo haber empleado materiales con estas propiedades anteriormente y no conocía la tecnología, pero muchas de las aplicaciones que se señalan en este hilo pueden ser realmente interesantes. Una tecnología que se le puede parecer es la de los materiales fotocromáticos, que cambian sus propiedades en función de la radiación UV que reciben, muy empleados gafas de sol por ejemplo. ¿Existe una gran diferencias en el funcionamiento a nivel molecular de ambos efectos, termocromático y fotocromático?
Esta aplicación es muy interesante y creativa, como las tintas que cambian de color al variar su temperatura, aunque su uso está muy limitado aún. Por lo general, suele ser un proceso reversible, es decir, vuelven al color que tenían una vez vuelve a cambiar la temperatura. Es el caso de la cerveza danesa Mikkeller, donde se puede ver un copo de nieve o un sol, dependiendo de si se enfría o se calienta. Se pueden ver más aplicaciones en esta página, entre ellas, tintas termocromáticas irreversibles, es decir, permanecen del mismo color una vez varía la temperatura.
Esto me recuerda a las típicas tazas que muestran un motivo cuando se someten a un aumento de la temperatura al verter un líquido caliente en su interior. Entiendo el mayor espaciado entre láminas a medida que se eleva su temperatura, pero desconozco el motivo del cambio de color, pues la mayoría de los polímeros modifican su estructura si se someten a variaciones de temperatura, pero no todos cambian de color. Normalmente los cambios más apreciables debidos a un cambio en la estructura cristalina de un material son los mecánicos. Un ejemplo de metal que cambia de color debido al cambio de temperatura es el estaño (Sn), el cual a temperatura ambiente presenta un color blanco, sin embargo, a bajas temperaturas cambia su estructura volviéndose de color gris. Pero en el caso concreto del estaño, este cambio de color también conlleva un aumento de volumen y dado que cuando ocurre esto el estaño comienza a desmenuzarse no se trata de un cambio reversible como el que se observa en los vídeos o en el ejemplo de la taza que cambia en función de la temperatura del líquido de su interior. Me parece algo interesante y llamativo que se puede mostrar fácilmente en un aula.
Desde logo estas láminas reproducen un fenómeno moi interesante. Eu tiven a sorte de contruir en laboratorio de prácticas unha lámina así e a química que hai detrás é fascinante. Invito a todos os que teñan interese a buscar algo sobre o porqué.
Interesante actividad para despertar la curiosidad sobre los materiales y las propiedades termocrómicas de algunos de ellos. Entre algunas de sus aplicaciones: señalización cadena frio de alimentación, seguridad industrial (tuberías y conducciones), artículos de hogar y juguetería (cromos que al frotar muestran una imagen/dibujo), entre otras. En este antiguo artículo de Cienciaenacción se explican en más detalle, estos y otros materiales comerciales con propiedades curiosas.