Un
cuerpo o una sustancia están formados por materia. Esta a su vez está formada
por partículas que están en permanente movimiento. Cuanto más rápido se muevan,
mayor será la temperatura del cuerpo o de la sustancia.
La
temperatura es entonces, una variable de estado de la materia relacionada con
la energía cinética promedio de sus partículas.
Conocer
la temperatura de un cuerpo o una sustancia, así como también otras variables
de estado como la presión, la densidad, el punto de ebullición, la resistencia
eléctrica o la conductividad, aporta mayor información sobre sus propiedades
físicas. Es importante remarcar entonces, que los cuerpos no tienen calor ni
frío, sino una determinada temperatura que los caracteriza, y que si este
parámetro varía, pueden modificarse algunas de sus propiedades.
Calor: entre mediados del siglo XVIII y las
primeras décadas del siglo XIX las ideas científicas sobre el calor se
manejaron bajo la teoría del calórico.
El
calor era considerado como un fluido material, llamado calórico y que estaba en
el interior de los cuerpos. Esta especie de sustancia capaz de pasar desde los
cuerpos de mayor temperatura a los de menor temperatura, explicaba el
enfriamiento de los cuerpos por pérdida del calórico, y calentamiento por su
ganancia.
Las
primeras críticas de la teoría del calórico, que ponen en duda la existencia de
dicho fluido, surgen cuando en 1798 Benjamín Thompson (1753-1814), conde de
Rumford y ministro de guerra de Baviera, observó que al taladrar grandes piezas
de metal para fabricar cañones, se desprendían importantes cantidades de calor
por frotamiento. El conde dudó de la existencia del calórico, pues si se
trataba de una sustancia debería acabarse en algún momento de ese proceso de
frotamiento, sin embargo esto no ocurría.
Mucho
tiempo después, las ideas del calórico como sustancia en movimiento fueron
sustituidas por una nueva concepción científica, que plantearía la posibilidad
de unificar los fenómenos mecánicos, luminosos, eléctricos, magnéticos, térmicos
y químicos bajo el concepto de energía.
El calor como transferencia
de energía
Todos
los cuerpos o sistemas materiales tienen asociada una energía interna que permite conocer y caracterizar sus propiedades.
El calor es una forma de transferencia de energía desde el cuerpo de mayor
temperatura hacia el de menor temperatura. El calor no es un tipo de energía.
Los cuerpos no tienen calor (ni frío).
Cuando
ponemos en contacto dos cuerpos que están a diferente temperatura, sabemos que
el cuerpo a más temperatura se enfría y el cuerpo a menos temperatura se
calienta, hasta que las temperaturas se igualan. Se llega entonces a lo que se
conoce como equilibrio térmico.
¿Qué
ha ocurrido con la energía? Se ha producido una transferencia desde el cuerpo a
mayor temperatura (pierde energía) hasta el cuerpo a menor temperatura (gana
energía). Se dice que se ha transferido calor desde el primer cuerpo hasta el
segundo.
La
cantidad de energía intercambiada es el calor transferido. Sólo podremos hablar
de calor mientras se éste produciendo el intercambio de energía. Los cuerpos no
tenían calor antes ni tendrán calor después.
Los
cuerpos no tienen frío o calor sino que poseen cierta energía interna que puede
variar, por ejemplo cuando entran en contacto con otros cuerpos de diferentes
temperaturas.
Signo
de calor (Q)
Cuando
un cuerpo gana energía por intercambio de calor, se dice que el calor es
absorbido, y su signo es positivo (Q > 0).
Cuando
un cuerpo pierde energía por intercambio de calor, se dice que el calor es desprendido,
y su signo es negativo (Q < 0).
Unidades
de calor: al ser una
transferencia de energía, sus unidades son las mismas que las de cualquier
energía (J, cal…).
Relación calor-incremento
de temperatura
Al
aportar calor a un cuerpo o extraer calor de éste, su temperatura cambia. El
hecho de que cambie más o menos depende de varios factores:
Calor
aportado o extraído: Q
Cantidad
de sustancia (masa del cuerpo): m
Tipo
de sustancia: esta influencia viene reflejada mediante una constante, llamada calor específico de la sustancia (Ce)
Calor
específico de la sustancia, se define como la cantidad de energía que hay que
aportar a 1 g de sustancia para que su temperatura aumente en 1ºC. Se medirá en
cal/g.ºC o J/Kg.K
La
expresión resultante es: Q= m. Ce. t
-----à
Q= m. Ce. (Tf-Ti)
La
caloría (cal) se define como la cantidad de calor necesario para que un gramo
de agua pura pase de 14,5ºC a 15,5ºC.
La
relación entre los joules y las calorías es la siguiente: 1 cal = 4,18 J o bien
1J = 0,24 cal
