La energía térmica se debe al movimiento de las partículas que forman la materia, la temperatura es una propiedad medida por los termómetros.
- A una temperatura determinada las partículas de un cuerpo tienen diferentes energías. (se mueven a diferentes velocidades)
- Cuando la temperatura asciende, el conjunto de las partículas se mueven más rápido.
- Cuanto la temperatura desciende, el conjunto de las partículas se mueve más lentamente (tienen menos energía).
- Estas ideas son ciertas, independientemente del número de partículas.
Cuando un cuerpo aumenta su energía térmica se está calentando, es decir, recibiendo calor. Cuando un cuerpo disminuye su energía térmica, se está enfriando, es decir, perdiendo calor. De esta forma el calor no es más que una forma de denominar a los aumentos y pérdidas de energía térmica.
El calor es la variación de la energía térmica de un cuerpo. Por lo tanto, el calor no es una magnitud independiente que se pueda almacenar en los cuerpos. La magnitud que aumenta o disminuye en un cuerpo es su energía térmica y estas variaciones se reflejarán en la variación de la temperatura.
La caloría es el calor que hay que suministrar a 1g de agua para que aumente 1°C su temperatura.
Los dos líquidos de la imagen tienen diferentes temperaturas. Entre ambos líquidos se producirá un intercambio de energía (calor), que pasará del mas caliente al más frío hasta que las temperaturas se igualen. Una vez que se haya producido esta igualación podremos decir que el sistema ha alcanzado el equilibrio térmico.
Si trazáramos las respectivas curvas de calentamiento y enfriamiento podríamos comprobar que la temperatura a la que se produce el equilibrio no es necesariamente la media de las dos temperaturas iniciales. Interviene una propiedad de la naturaleza de los cuerpos, el calor específico, del cual hablaremos más adelante.
Si repitiéramos la experiencia varias veces, cambiando masas y temperaturas iniciales de los líquidos, veríamos que se producen cambios en el punto de equilibrio y en el tiempo que tarda en alcanzarse; pero sin ninguna excepción, el equilibrio se produce finalmente.
También podemos observar otra particularidad interesante, la variación de la temperatura en las dos sustancias es mayor al principio, cuando la diferencia entre las temperaturas es mayor, haciéndose muy lenta al final, cuando las dos temperaturas son similares. Podemos concluir que el intercambio de calor por unidad de tiempo es proporcional a la diferencia entre las temperaturas de los cuerpos.
Esta tendencia de los cuerpos al equilibrio es en realidad la base de la medida de temperaturas. Medir la temperatura de un enfermo, por ejemplo, significa lograr que el termómetro alcance el equilibrio térmico con el cuerpo del paciente.
Por otro lado, aunque la proximidad de los cuerpos facilita mucho la posibilidad de equilibrio, la tendencia a alcanzarlo se produce aún a grandes distancias.
Transmisión y efectos del calor
El calor puede propagarse de tres formas: conducción, convección y radiación. En muchos casos los tres medios obran simultáneamente; pero cuando se trata de cuerpos sólidos en contacto predomina la conducción, si se trata de fluidos en contacto predomina la convección y, si se trata de cuerpos distantes entre sí, predomina la radiación.
En el caso de la conducción, no todos los cuerpos se comportan igual; los metales son buenos conductores y la lana o la madera transmiten muy mal el calor, por lo que se usan como aislantes. Por eso, cuando tocamos una superficie metálica y otra de madera, ambas a temperatura ambiente, la superficie metálica parece más fría.
Como nuestro cuerpo está más caliente, transmitimos continuamente calor que se reparte por todo el metal. Sin embargo, como la madera es mala conductora, en cuanto la tocamos basta con que la superficie en contacto con nuestra mano se equilibre con ella, aunque el resto de la madera continúe aún fría.
La convección es responsable de fenómenos atmosféricos como las tormentas, que se producen cuando existe mucha diferencia de temperatura entre capas inferiores y superiores de la atmósfera. Es ascenso del aire húmedo y caliente arrastra el vapor de agua que se condensa al llegar a zonas más frías.
También es la convección responsable de las corrientes marinas, que tienden a mezclar el agua caliente de las zonas ecuatoriales con el agua fría de las zonas polares. Cuando calentamos un puchero con agua, la superficie de la olla y el agua en contacto con ella se calientan por conducción directa del calor, pero el agua del interior se calienta por convección.
En cuanto a la radiación, no tenemos más que acercar las manos a una bombilla para comprender el papel calorífico de su emisión. Hagamos constar que la energía radiante se transmite por el vacío, haciendo posible que nos llegue el calor del sol.
Todos los cuerpos emiten energía radiante, aunque los cuerpos fríos lo hacen de forma imperceptible, tanto por su baja intensidad de emisión como porque la emisión es de tipo infrarrojo, invisible a nuestros ojos.
About Ana Emilia de Orellana
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