Secundaria Duda sobre el frío al salir un aerosol del bote

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Buenas. Tengo una duda sobre el efecto de frío que se siente al echarte desodorante en spray o cualquier otro aerosol, también cuando sale el gas de un mechero o de una bombona de campinzgas.
Nota: si alguien quieres saltarse la parrafada puede ir al último párrafo.
El gas en el bote de desodorante, en el mechero o en la bombona de campinz-gas está licuado, es decir, está en estado líquido debido a la presión a la que se encuentra en el recipiente. Al salir al exterior pasa inmediatamente a gas ya que la presión atmosférica es menor que la presión a la que estaba en el recipiente. Se trata por tanto de un cambio de fase de líquido a vapor: vaporización.
Según la teoría cinético-molecular, se supone que este proceso de vaporización, al ser un cambio de fase progresivo, absorbe energía. Entonces la energía se absorbería del medio (del aire, de la boquilla, o de la piel si el gas entra en contacto con nosotros).
Tenemos el caso del alcohol que se evapora sobre la piel, dando la sensación de frescor. Se explica fácilmente según la teoría cinético-molecular: la vaporización del alcohol es un cambio de fase progresivo y por tanto absorbe calor de la piel.
Pero no es lo mismo decir que:
-el alcohol absorbe calor de la piel porque pasa de líquido a gas.
-el alcohol pasa de líquido a gas porque absorbe calor de la piel.
Sin embargo, en principio podríamos dar por válidos ambos enunciados.

En el caso del desodorante, no es lo mismo decir que:
-el desodorante absorbe calor de la piel porque pasa de líquido a gas.
-el desodorante pasa de líquido a gas porque absorbe calor de la piel. En este caso eso es falso, ya que primero se vaporiza y después notamos el efecto frío.

Por tanto tenemos que el desodorante se enfría antes de llegar a la piel, por lo que no puede ser que el enfriamiento sea debido al contacto con la piel.
Aunque podríamos decir que el desodorante lleva alcohol, y es el alcohol el que se evapora en la piel, creando el efecto de frío. Pero creo que el efecto de frío sucede con cualquier bote de spray, siempre que salga en forma de gas y no por ejemplo de espuma.


Veámoslo según las leyes de los gases:
Si aumenta la P, disminuye el V. (Ley de Boyle-Mariotte)
Si aumenta la T, aumenta el V. (Ley de Charles)
Si aumenta la T, aumenta la P. (Ley de Gay-Lussac)

Según lo anterior:
Si disminuye la P, aumenta el V.
Si disminuye la T, disminuye el V.
Si disminuye la T, disminuye la P.

Como las relaciones “si …, entonces … “ son equivalentes, de lo anterior se deduce a su vez que:
Si aumenta el V, disminuye la P
Si disminuye el V, disminuye la T.
Si disminuye la P, disminuye la T.

Por tanto:
Si aumenta el V, disminuye la P. Es el caso del desodorante que sale del bote, ya que aumenta el volumen que ocupa el gas respecto del volumen del bote en el que estaba.
Si disminuye la P, disminuye la T. Es la razón del enfriamiento del desodorante al salir del bote, ya que por el principio anterior la P disminuye.


Por tanto:
Si aumenta V, disminuye T.
O lo que es lo mismo: un gas que se expande se enfría.


Relacionándolo con el ciclo de Carnot:
De A a B expansión isotérmica a T1. Como el gas se expande se enfría, pero como se le suministra calor (Q1) la temperatura se mantiene constante, es decir, el proceso es isotérmico.

De B a C expansión adiabática. Al igual que en el paso de A a B, como el gas se expande se va a enfriar, pero esta vez no se suministra calor (Q=0), por lo que la temperatura bajará.
De C a D comprensión isotérmica a T2. Como el gas se comprime se va a calentar, pero como se le extrae calor (Q2) la temperatura se mantiene constante, es decir, el proceso es isotérmico.
De D a A comprensión adiabática. Al igual que en el paso de C a D, como el gas se comprime se va a calentar, pero esta vez no se extrae calor (Q=0), por lo que la temperatura aumentará.


Otra interpretación es que el desodorante o el gas del mechero salen en forma de pequeñas gotitas por la boquilla, con lo que no es aplicable el enfriamiento por expansión de un gas.
Pero también puede ser que salgan en forma de gas pero se condensen precisamente por enfriarse, dando lugar a las gotitas. El gas de un campinzgas incluso se congela.

En cuanto a la causa del enfriamiento según la teoría cinético molecular, podemos suponer que como las moléculas del gas se expanden disminuye su energía cinética: pierden energía en la expansión y por tanto se enfrían.




Por último, está la explicación seria (no mis divagaciones) que es el efecto Joule-Thomson:
http://www.unizar.es/departamentos/fisica_mat_condensada/people/juanjo/tecnicasI/P4.pdf
http://es.wikipedia.org/wiki/Efecto_Joule-Thomson

- - - Actualizado - - -

En este libro, Química General, p.137:
http://books.google.es/books?id=FMZyGccDI9EC&printsec=frontcover#v=onepage&q&f=false
dan la explicación que estaba buscando:
“Por lo tanto si se pudiera disminuir la velocidad de la partículas de un gas este efecto sería equivalente a disminuir la temperatura del recipiente que lo contiene.
Cuando un gas se expande sus moléculas deben vencer las fuerzas de atracción entre ellas; la energía necesaria para esto proviene de la energía cinética de las moléculas lo que se traduce en una disminución de la velocidad. La consecuencia real de esto es que un gas real se enfría cuando se expande”.
Es decir, que la energía se pierde porque las partículas deben vencer las fuerzas de atracción entre ellas.

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Re: Duda sobre el frío al salir un aerosol del bote

Acabo de ver en el programa "Cómo funciona" de Discovery Max, hablando del aire acondicionado, que en la fase de comprensión del gas éste se calienta porque aumenta la fricción entre las moléculas, ya que al estar más juntas chocan con más frecuencia, es decir que al aumentar la presión aumenta la temperatura, y al contrario en la fase de expansión: tras pasar por la válvula de expansión disminuye la fricción entre las moléculas ya que se encuentran más alejadas unas de otras y los choques son menos frecuentes.

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Re: Duda sobre el frío al salir un aerosol del bote

Acabo de ver en el programa "Cómo funciona" de Discovery Max, hablando del aire acondicionado, que en la fase de comprensión del gas éste se calienta porque aumenta la fricción entre las moléculas, ya que al estar más juntas chocan con más frecuencia, es decir que al aumentar la presión aumenta la temperatura, y al contrario en la fase de expansión: tras pasar por la válvula de expansión disminuye la fricción entre las moléculas ya que se encuentran más alejadas unas de otras y los choques son menos frecuentes.

Las veces que he visto programas del estilo "cómo funciona" he visto buenas explicaciones, o por lo menos decentes; pero esta es totalmente incorrecta. Las colisiones entre partículas no son importantes para la temperatura, ya que son colisiones elásticas, conservan la energía.

Lo importante en este caso son las colisiones de las partículas con las paredes del recipiente. Si las paredes están quietas, rebotan sin mas, con la misma velocidad que llevaban. Es decir, se mantiene su energía.

Si el recipiente se está contrayendo, entonces una de las paredes está moviéndose hacia dentro. Cuando las partículas rebotan en esa pared, se ven impulsadas hacia dentro con mayor velocidad, igual que una raqueta impulsa una pelota de tenis hacia adelante con mayor velocidad de la que llevaba. Esto hace que las partículas ganen velocidad, es decir, ganen energía. El resultado neto es que un gas comprimido se calienta.

Si el recipiente se está expandiendo, ocurre justo lo contrario. Hay una pared del recipiente que se está alejando, y al colisionar con ella las partículas rebotan de forma amortiguada. Por lo tanto, la energía media disminuye, y el gas se enfría. Esto es, ni más ni menos, lo que ocurre en un bote de aerosol.