¿Influyen la temperatura o el color de un cuerpo sólido en su peso?

La respuesta rápida es que sí influyen, aunque la diferencia es tan pequeña que se convierte en inapreciable. Pero vamos por partes. En tu email nos preguntas también si un semáforo tiene un peso diferente según tenga encendida la luz roja o la verde. La luz de los semáforos funciona con Leds. Para contestar a la pregunta debemos saber que la luz verde tiene una frecuencia más alta que la roja, es decir, la luz verde se correspondería a una energía más alta. El funcionamiento de un Led se basa en la unión de un elemento n y p. Un semiconductor, n, que significa que tiene abundancia de electrones, y un semiconductor p que tiene abundancia de huecos. En esa unión hay una barrera energética entre las zonas n y p que puede ser cruzada por los portadores de carga bajo el efecto de un campo eléctrico. ¿Qué pasa? Que los electrones que cruzan esta barrera se combinan con los huecos y en este proceso pueden emitir radiación y esa radiación depende de la anchura de la banda. Para que el Led emita luz verde los electrones del material del Led tienen que ganar una energía respecto a la configuración de equilibrio, una energía suficiente como para emitir a esa frecuencia. Entonces, por la equivalencia masa-energía, eso significa que la materia que emite luz verde tiene masa mayor pero, como te decía al principio, esa diferencia es tan mínima que es indetectable.

Además hay que tener en cuenta que el balance completo de todo el sistema es muy complejo porque la energía necesaria para llevar los electrones a nivel de energía superior es proporcionada por una fuente exterior que está alimentando el sistema de forma continua. Parte de esta energía es utilizada para llevar los electrones a niveles de energía más altos pero parte de esta energía sale del sistema en forma de radiación luminosa, entonces en el balance energético hay que tener en cuenta todo esto y de ahí saldría que sí hay un cambio de masa pero sería muy pequeño. Y también hay que tener en cuenta la eficiencia de los dispositivos Led que sería la potencia de la radiación emitida dividida por la potencia eléctrica suministrada al sistema. Si la eficiencia fuese 1, la energía proporcionada sería convertida totalmente pero no siempre es así porque habitualmente hay pequeñas pérdidas, por ejemplo bajo forma de calor.

En cuanto a tu pregunta sobre si la temperatura influye en el peso, por la equivalencia de masa y energía en principio sí pero, de nuevo, es mínimo, tendríamos que tener un cambio de temperatura enorme para apreciarlo. Para que te hagas una idea, un cambio de temperatura de un grado en un mol de un elemento corresponde a un cambio de masa del orden de un picogramo que es 10^-12 y eso quiere decir que la diferencia es indetectable.

El color también puede afectar pero otra vez la diferencia es tan pequeña que tampoco es detectable. El color es dado por la longitud de onda que no es absorbida por un material sino que es reflejada. Un objeto es verde porque está reflejando la radiación de frecuencia que corresponde al verde, al reflejarla no está absorbiendo este extra de energía que dicha radiación tiene respecto al rojo, por ejemplo, entonces este principio puede resultar en un cambio de masa respecto a un objeto que sí está absorbiendo la luz verde pero en realidad son cambios tan pequeños que no se pueden detectar.

Si me voy a la ecuación tan famosa de energía es igual a la masa por la velocidad de la luz al cuadrado, esta ecuación nos dice que un cambio de masa es dado por el cambio de energía dividido por la velocidad de la luz al cuadrado. Pero la velocidad de la luz al cuadrado es un número enorme, al dividir la energía por ese número nos queda al final un número muy, muy pequeño. Eso quiere decir que aunque haya un cambio de masa es mínimo.

Linda Zotti es doctora en química-física computacional y ciencia de superficies e investigadora en la Universidad Autónoma de Madrid.

Pregunta enviada vía email por Cristina Rico de Gaspari

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