El calor se puede definir como la energía de tránsito desde un objeto con alta temperatura a un objeto con menor temperatura. Un objeto no posee "calor"; el término apropiado para la energía microscópica de un objeto es energía interna. La energía interna puede aumentarse, transfiriéndole energía desde uno con más alta temperatura (más caliente), es lo que propiamente llamamos calentamiento.
Equivalente Mecánico del Calor
El flujo de calor y el trabajo, son dos formas de transferencia de energía. Como se ilustra en el ejemplo de calor y trabajo, se puede elevar la temperatura de un gas, tanto calentándolo, como realizando un trabajo sobre él, o una combinación de los dos.
En un clásico experimento en 1843, James Joule demostró la equivalencia de energía de calentamiento y realizadora de trabajo, usando el cambio en la energía potencial de unas masas suspendidas, que agitaban y calentaban el agua de un contenedor aislado, mediante unas paletas. Unas medidas cuidadosas, demostraron que el aumento en la temperatura del agua era proporcional a la energía mecánica empleada en agitar el agua. En esos tiempos se aceptó la caloría como unidad de calor, y el julio como unidad de energía mecánica.
1 caloría= 4,18 joules
Temperatura
Una definición convenientemente operativa de la temperatura, es la que trata de una medida del promedio de la energía cinética de traslación, asociada con el movimiento desordenado microscópico de los átomos y las moléculas. El flujo de calor va desde una región de alta temperatura, hacia una región de temperatura más baja. Los detalles de la relación con el movimiento molecular se describen en la teoría cinética. La temperatura definida en la teoría cinética se llama temperatura cinética. La temperatura no es directamente proporcional a la energía interna, porque la temperatura solo mide la parte de energía cinética de la energía interna, de modo que dos objetos que tienen la misma temperatura, no tienen en general la misma energía interna. Las temperaturas se miden en una de las tres escalas de temperatura estándares (Celsius, Kelvin, y Fahrenheit).
Energía Interna
La energía interna se define como la energía asociada con el movimiento aleatorio y desordenado de las moléculas. Está en una escala separada de la energía macroscópica ordenada, que se asocia con los objetos en movimiento. Se refiere a la energía microscópica invisible de la escala atómica y molecular. Por ejemplo, un vaso de agua a temperatura ambiente sobre una mesa, no tiene energía aparente, ya sea potencial o cinética. Pero en escala microscópica, es un hervidero de moléculas de alta velocidad que viajan a cientos de metros por segundo.
Equilibrio térmico
Es el estado en el que se igualan las temperaturas de dos cuerpos que inicialmente tenían diferentes temperaturas. Al igualarse las temperaturas se suspende el flujo de calor, y el sistema formado por esos cuerpos llega a su equilibrio térmico.
Por ejemplo, si se pone en contacto un recipiente con agua caliente, y otro con agua fría, a través de sus paredes se establecerá un flujo de energía calorífica, pasado un tiempo, la temperatura del agua en ambos recipientes se igualará (por obra de las transferencias de calor, en este caso del agua más caliente a la más fría, también por contacto con el aire del medio ambiente y por evaporación), pero el equilibrio térmico lo alcanzarán cuando ambas masas de agua estén a la misma temperatura.
La cantidad de calor (Q) que gana o pierde un cuerpo de masa (m) se encuentra con la fórmula:
Donde:
Q es la cantidad de calor (que se gana o se pierde), expresada en calorías.
m es la masa del cuerpo en estudio. Se expresa en gramos.
Ce es el calor específico del cuerpo. Su valor se encuentra en tablas conocidas. Se expresa en cal / gr º C
Δt es la variación de temperatura = Tf − Ti. Léase Temperatura final (Tf) menos Temperatura inicial (Ti).
Hasta aquí hemos hablado siempre de igualar temperaturas y ello nos lleva a concluir que a los cuerpos no se les puede asignar una cantidad de calor. Lo que realmente tiene sentido son los intercambios de calor que se deben a las diferencias de temperaturas que existen entre los cuerpos que están en contacto.
Ejercicios:
1.- ¿Cuál será la temperatura de una mezcla de 100 gramos de agua a 20 grados Celsius y 100 gramos de agua a 40 grados Celsius?
2.- ¿Cuál será la temperatura final de una mezcla de 1000 gramos de agua a 25 grados Celsius con 750 gramos de agua a 40 grados Celsius?
Equivalente Mecánico del Calor
El flujo de calor y el trabajo, son dos formas de transferencia de energía. Como se ilustra en el ejemplo de calor y trabajo, se puede elevar la temperatura de un gas, tanto calentándolo, como realizando un trabajo sobre él, o una combinación de los dos.
En un clásico experimento en 1843, James Joule demostró la equivalencia de energía de calentamiento y realizadora de trabajo, usando el cambio en la energía potencial de unas masas suspendidas, que agitaban y calentaban el agua de un contenedor aislado, mediante unas paletas. Unas medidas cuidadosas, demostraron que el aumento en la temperatura del agua era proporcional a la energía mecánica empleada en agitar el agua. En esos tiempos se aceptó la caloría como unidad de calor, y el julio como unidad de energía mecánica.
1 caloría= 4,18 joules
Temperatura
Una definición convenientemente operativa de la temperatura, es la que trata de una medida del promedio de la energía cinética de traslación, asociada con el movimiento desordenado microscópico de los átomos y las moléculas. El flujo de calor va desde una región de alta temperatura, hacia una región de temperatura más baja. Los detalles de la relación con el movimiento molecular se describen en la teoría cinética. La temperatura definida en la teoría cinética se llama temperatura cinética. La temperatura no es directamente proporcional a la energía interna, porque la temperatura solo mide la parte de energía cinética de la energía interna, de modo que dos objetos que tienen la misma temperatura, no tienen en general la misma energía interna. Las temperaturas se miden en una de las tres escalas de temperatura estándares (Celsius, Kelvin, y Fahrenheit).
Energía Interna
La energía interna se define como la energía asociada con el movimiento aleatorio y desordenado de las moléculas. Está en una escala separada de la energía macroscópica ordenada, que se asocia con los objetos en movimiento. Se refiere a la energía microscópica invisible de la escala atómica y molecular. Por ejemplo, un vaso de agua a temperatura ambiente sobre una mesa, no tiene energía aparente, ya sea potencial o cinética. Pero en escala microscópica, es un hervidero de moléculas de alta velocidad que viajan a cientos de metros por segundo.
Equilibrio térmico
Es el estado en el que se igualan las temperaturas de dos cuerpos que inicialmente tenían diferentes temperaturas. Al igualarse las temperaturas se suspende el flujo de calor, y el sistema formado por esos cuerpos llega a su equilibrio térmico.
Por ejemplo, si se pone en contacto un recipiente con agua caliente, y otro con agua fría, a través de sus paredes se establecerá un flujo de energía calorífica, pasado un tiempo, la temperatura del agua en ambos recipientes se igualará (por obra de las transferencias de calor, en este caso del agua más caliente a la más fría, también por contacto con el aire del medio ambiente y por evaporación), pero el equilibrio térmico lo alcanzarán cuando ambas masas de agua estén a la misma temperatura.
La cantidad de calor (Q) que gana o pierde un cuerpo de masa (m) se encuentra con la fórmula:
Q = Ce . m . (Tf - Ti)
Donde:
Q es la cantidad de calor (que se gana o se pierde), expresada en calorías.
m es la masa del cuerpo en estudio. Se expresa en gramos.
Ce es el calor específico del cuerpo. Su valor se encuentra en tablas conocidas. Se expresa en cal / gr º C
Δt es la variación de temperatura = Tf − Ti. Léase Temperatura final (Tf) menos Temperatura inicial (Ti).
Hasta aquí hemos hablado siempre de igualar temperaturas y ello nos lleva a concluir que a los cuerpos no se les puede asignar una cantidad de calor. Lo que realmente tiene sentido son los intercambios de calor que se deben a las diferencias de temperaturas que existen entre los cuerpos que están en contacto.
Ejercicios:
1.- ¿Cuál será la temperatura de una mezcla de 100 gramos de agua a 20 grados Celsius y 100 gramos de agua a 40 grados Celsius?
2.- ¿Cuál será la temperatura final de una mezcla de 1000 gramos de agua a 25 grados Celsius con 750 gramos de agua a 40 grados Celsius?
