EL CALOR Y LA TEMPERATURA

1. DEFINICIÓN:

El calor está definido como la forma de energía que se transfiere

entre diferentes cuerpos o diferentes zonas de un mismo cuerpo que

se encuentran a distintas temperaturas, sin embargo en

termodinámica generalmente el término calor significa simplemente

transferencia de energía. Este flujo de energía siempre ocurre desde

el cuerpo de mayor temperatura hacia el cuerpo de menor

temperatura, ocurriendo la transferencia hasta que ambos cuerpos

se encuentren en equilibrio térmico (ejemplo: una bebida fría dejada

en una habitación se entibia).

La energía puede ser transferida por diferentes mecanismos de

transferencia, estos son la radiación, la conducción y la convección,

aunque en la mayoría de los procesos reales todos se encuentran

presentes en mayor o menor grado. Cabe resaltar que los cuerpos

no tienen calor, sino energía térmica. La energía existe en varias

formas. En este caso nos enfocamos en el calor, que es el proceso

mediante el cual la energía se puede transferir de un sistema a otro

como resultado de la diferencia de temperatura.

2. PROPAGACION DE CALOR:

Propagación del calor. El calor es una de las múltiples formas en que se manifiesta la energía, y la transferencia de calor es el proceso mediante el cual se intercambia energía en forma de calor entre distintos cuerpos o entre diferentes partes de un cuerpo que estén a temperaturas desiguales. La transferencia de calor ocurre mediante convección, radiación y conducción. Estas tres formas pueden producirse a la vez, aunque por lo regular predomina una de ellas.

A) CONDUCCIONEn los sólidos el calor se transfiere por conducción. Si calentamos el extremo de una varilla metálica, después de cierto tiempo percibimos que la temperatura del otro extremo asciende, o sea, el calor se transmitió hasta el extremo opuesto por conducción. Se cree que esta forma de transferencia de calor se debe, en parte, al movimiento de los electrones libres que transportan energía cuando existe una diferencia de temperatura entre dos puntos del objeto. Esta teoría explica, especialmente en el caso de los metales, por qué los buenos conductores del calor. La plata, el oro y el cobre conducen bien el calor, o sea, tienen conductividades térmicas elevadas, pero la madera, el vidrio y el amianto tienen conductividades cientos e incluso miles de veces menores y se conocen como aislantes térmicos.

B) CONVECCION:

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Si provocamos una diferencia de temperatura dentro de una masa líquida o gaseosa se producirá un movimiento del fluido que transfiere calor por convección de la parte más caliente hacia la menos caliente. Esta transferencia cesará cuando toda la masa del fluido haya alcanzado igual temperatura. A este movimiento contribuye la diferencia de densidad del fluido, ya que cuando una porción de este se calienta su densidad suele disminuir y asciende, mientras que el fluido más frío y más denso desciende con lo que con lo que se inicia el movimiento circulatorio que

permite la homogenización de la temperatura. Por eso los acondicionadores y refrigeradores de aire deben instalarse cerca del techo y los radiadores de calor a poca altura del piso de la habitación. Las corrientes de convección hacen que una sustancia tan mala conductora como el agua se calienta relativamente rápido. Estas también originan las brisas marinas, ya que al incidir los rayos del sol sobre la tierra, esta se calienta más rápido que los océanos y mares, ello hace que el aire sobre la superficie de la tierra se caliente más rápido, ascienda y el aire sobre la superficie del mar ocupe su lugar.

C) RADIACIONLa propagación del calor por radiación presenta una diferencia fundamental respecto a la conducción y la convección: las sustancias que intercambian calor no tienen que estar en contacto, sino pueden estar separadas aún por el vacío. La radiación es un término que se aplica genéricamente a toda clase de fenómenos relacionados con lasondas electromagnéticas. La radiación transfiere calor por radiación electromagnética (en especial infrarroja) y es el principal mecanismo mediante el cual el Sol calienta a la Tierra. En las montañas, cuando el sol asciende por el horizonte, se percibe el calor tan pronto como el sol se hace visible. A este calor, se le denomina calor radiante y está constituido por ondas electromagnéticas con longitud de onda un poco mayor que la del espectro visible y que también viajan a la velocidad de la luz. A estas se les denomina rayos infrarrojos y son invisibles al ojo humano. Un ejemplo común de la propagación del calor por radiación lo constituyen las hogueras utilizadas como medio de calefacción en los hogares. Contrario a la creencia generalizada, el calor que llega a la habitación desde la chimenea es casi todo en forma de radiación infrarroja emitida por las llamas, brazas y paredes calientes.

3. EFECTOS DEL CALOR SOBRE LOS CUERPOS

A) DILATACIÓN Y CONTRACCIÓN.Cuando un cuerpo se calienta, las partículas que lo componen se mueven más deprisa, ocupan más espacio, y esto hace que su volumen aumente (dilatación). Si el cuerpo cede calor, sucede lo contrario; sus partículas se mueven menos, se enfría y disminuye su volumen (contracción).La dilatación es el aumento de volumen que experimenta un cuerpo cuando recibe energía en forma de calor.

La dilatación puede ser causa de grandes cambios en los cuerpos. Por ejemplo, la dilatación de un puente puede hacer que aumente varios centímetros su longitud. Para evitar que este tipo de variaciones afecten a su funcionalidad, se dejan separaciones en diferentes partes del puente, que se llaman juntas de dilatación.

B) CAMBIOS DE ESTADO:

Un cambio de estado es una modificación en la forma en que se disponen las partículas que constituyen una sustancia.· Progresivos: si se pueden suministrar calor a un cuerpo, como la fusión la

vaporización y la solidificación.· Regresivos: si se realizan con desprendimiento calor por el cuerpo, como la

condensación, la solidificación y la sublimación regresiva.

4. TEMPERATURA

La temperatura es una magnitud referida a las nociones comunes de caliente, tibio o frío que puede ser medida con un termómetro. En física, se define como una magnitud escalar relacionada con la energía interna de un sistema termodinámico, definida por el principio cero de la termodinámica. Más específicamente, está relacionada directamente con la parte de la energía interna conocida como «energía cinética», que es la energía asociada a los movimientos de las partículas del sistema, sea en un sentido traslacional, rotacional, o en forma de vibraciones. A medida de que sea mayor la energía cinética de un sistema, se observa que éste se encuentra más «caliente»; es decir, que su temperatura es mayor.

5. ESCALSA TERMOMETICAS

Escala Celsius o centígrada La escala Celsius o centígrada asigna el valor cero al punto de congelación o solidificación del agua y el valor 100 al punto de ebullición de la misma a la presión de una atmósfera. Cada unidad, debido a la variación lineal con la temperatura, será 1/100 del intervalo y se llama grado.

Escala Kelvin o Absoluta La escala absoluta o termodinámica utiliza como unidad de medida de temperatura el kelvin (K), cuyo valor coincide exactamente con el de 1 °C, ya que el intervalo entre los puntos fijos también se divide en 100 unidades. Sin embargo, se asigna el valor 273 al punto de fusión del hielo.

Escala Fahrenheit Otra escala de temperaturas, muy utilizada en Norteamérica fuera de los ambientes científicos es la escala Fahrenheit. En esta escala se efectúan 180 divisiones en el intervalo definido por los puntos fijos, asignando a estos puntos los valores 32 y 212, respectivamente.