La energía que puede intercambiar un cuerpo con su entorno depende del tipo de transformación que se efectúe sobre ese cuerpo y por tanto depende del camino. Los cuerpos no tienen calor, sino energía interna. El calor es parte de dicha energía interna (energía calorífica) transferida de un sistema a otro, lo que sucede con la condición de que estén a diferente temperatura.
Como parte de una introducción a la transferencia de calor ponemos el clásico ejemplo donde gracias a la experiencia sabemos que una bebida enlatada fría dejada en una habitación se entibia y una bebida enlatada tibia que se deja en un refrigerador se enfría. Todo esto gracias a la transferencia de energía del medio caliente hacia el frío. Esta transferencia de energía siempre se produce del medio que tiene la temperatura más elevada hacia el de temperatura más baja y esa transferencia se detiene cuando ambos alcanzan la misma temperatura.
La energía existe en varias formas. En este caso nos enfocamos en el calor, que es la forma de la energía que se puede transferir de un sistema a otro como resultado de la diferencia de temperatura.
Calor
Representa la cantidad de energía que un cuerpo transfiere a otro como consecuencia de una diferencia de temperatura entre ambos. El tipo de energía que se pone en juego en los fenómenos caloríficos se denomina energía térmica. El carácter energético del calor lleva consigo la posibilidad de transformarlo en trabajo mecánico. Sin embargo, la naturaleza impone ciertas limitaciones a este tipo de conversión, lo cual hace que sólo una fracción del calor disponible sea aprovechable en forma de trabajo útil.
Temperatura
Mide la concentración de energía y es aquella propiedad física que permite asegurar si dos o más sistemas están o no en equilibrio térmico (cuando dos cuerpos están a la misma temperatura), esto quiere decir que la temperatura es la magnitud física que mide cuan caliente o cuan frío se encuentra un objeto.
La temperatura se mide en unidades llamadas grados, por medio de los termómetros, esto se refiere que para medir la temperatura utilizamos una de las magnitudes que sufre variaciones linealmente a medida que se altera la temperatura.
Temperatura es el promedio de la energía cinética de las moléculas de un cuerpo.
Relación entre temperatura y calor
La relación es que la temperatura mide la concentración de energía o de velocidad promedio de las partículas y el calor energía térmica en tránsito.
Para una mejor explicación de esta relación lo mostraremos con un ejemplo: si ponemos un recipiente con agua representa la cantidad de calor que un cuerpo sede o absorbe en un instante dado, el nivel que esta alcanza representa su temperatura. Si la cantidad de agua, sube el nivel, esto es, si aumenta la cantidad de calor que posee el cuerpo, aumenta también su temperatura.
Otro ejemplo se nota cuando encendemos un fósforo, se logra una alta temperatura pero bajo contenido calórico.
Una olla con 10 litros de agua tibia tiene baja temperatura y un gran contenido calórico.
La temperatura es independiente de la cantidad de sustancia, el calor en cambio depende de la masa, de la temperatura y del tipo de sustancia.
Sólido a T1 en contacto con Sólido a T2
fluye el calor de sólido 1 a sólido 2.
La temperatura no depende del número de partículas que se mueven sino de su velocidad media: a mayor temperatura mayor velocidad media. No depende por tanto de la masa total del cuerpo: si dividimos un cuerpo con una temperatura "T" en dos partes desiguales las dos tienen la misma temperatura.
Nivel térmico es el nivel de agitación. Comparando los niveles térmicos sabemos hacia donde fluye el calor. La temperatura refleja el nivel térmico de un cuerpo e indica el sentido en que fluye el calor.
Nuestro tacto detecta la temperatura, pero carece de la capacidad de medirla con rigor.Del cuerpo que está a mayor temperatura decimos que "está más caliente" y a veces, erróneamente, se dice "que tiene más calor". Los cuerpos no tienen calor, tienen energía interna y tienen temperatura. Reservamos el término "calor" para la energía que se transfiere de un cuerpo a otro. Esta energía es fácil de medir, pero la energía total que tiene el cuerpo no.
Si un cuerpo recibe energía calorífica aumenta la agitación de las partículas que lo forman (átomos, moléculas o iones) y se pueden producir también cambios en la materia: dilatación, cambios de color (piensa en una barra de metal al calentarla), variación de su resistencia a la conducción, etc. Estos cambios se pueden utilizar para hacer una escala de temperatura.
Al poner en contacto dos sustancias la agitación de las partículas de una se transmite, mediante choques, a las partículas de la otra hasta que se igualan sus velocidades. Las partículas de la sustancia más caliente son más rápidas y poseen más energía. En cada impacto ceden parte de la energía a las partículas más lentas con las que entran en contacto. Las partículas de la sustancia que está a mayor T se frenan un poco, pero al mismo tiempo hacen que la más lentas aceleren.
Finalmente las partículas de las dos sustancias alcanzan la misma velocidad media y por lo tanto la misma temperatura: se alcanza el "equilibrio térmico".
Termómetro
Para diseñar un instrumento que mida la temperatura debemos escoger una cualidad de la materia que sea fácilmente observable, que varíe de manera importante con la agitación de sus partículas, que sea fácil de medir y que nos permita relacionar su variación con la agitación que tiene el cuerpo.
La cualidad elegida en los termómetros de mercurio es la dilatación, pero existen otros tipos de termómetros basados en otras cualidades.
Se utiliza el mercurio para construir termómetros porque es un metal que es líquido entre -20 ºC y 100ºC y porque se dilata mucho. Encerramos el metal dentro de un tubo fino (capilar) para que al dilatarse un poco avance mucho por el tubo (cuanto más fino sea el tubo más centímetros avanza). Midiendo longitudes de la columna podemos establecer una relación entre la dilatación y el nivel de agitación de la sustancia a medir.
A lo largo de los años se establecieron diferentes escalas. En la actualidad se usan las escalas: grado Celsius o grado centígrado (ºC); grado Fahrenheit (ºF) y Kelvin (K).
En 1967 se adoptó la temperatura del punto triple del agua como único punto fijo para la definición de la escala absoluta de temperaturas y la separación centígrada de la escala Celsius. El nivel cero quedaba a -273,15 K del punto triple y se definía como el cero absoluto o 0 K. Esta escala sustituyó a la escala centígrada o Celsius al definir el cero como el punto más bajo posible e inalcanzable en la práctica.
A la temperatura del cero absoluto no hay movimiento y desde él no se puede sacar calor. En ese estado todo el movimiento atómico y molecular se detiene, es la temperatura más baja posible. Todos los objetos tienen una temperatura más alta que el cero absoluto y por lo tanto emiten energía térmica o calor. El espacio interestelar casi vacío tiene temperatura ligeramente superior al 0 K.
Conversión de valores de temperaturas
La escala Celsius y la escala Kelvin tienen una transformación muy sencilla:
º K=273,15 +º C
En la transformación de grados centígrados a grados Fahrenheit debes tener en cuenta que cada grado centígrado vale 1,8 ºF (100 divisiones en la escala centígrada equivale a 180 divisiones en la escala Fahrenheit). Por lo tanto debes multiplicar los grados centígrados por 1,8 que equivale a 9/5 . Como el cero Celsius corresponde al 32 Fahrenheit debes sumar 32:180 div/100 div = 9/5
ºF=(9/5) x ºC + 32
Para la transformación inversa se despeja y queda:ºC=(5/9) x (º F - 32)
En 1717 Fahrenheit, un germano-holandés (nació en Dancing y emigró a Amsterdam), fabricante de instrumentos técnicos, construyó e introdujo el termómetro de mercurio con bulbo (usado todavía hoy) y tomó como puntos fijos:
- el de congelación de una disolución saturada de sal común en agua, que es la temperatura más baja que se podía obtener en un laboratorio, mezclando hielo o nieve y sal.
- y la temperatura del cuerpo humano - una referencia demasiado ligada a la condición del hombre- .
Dividió la distancia que recorría el mercurio en el capilar entre estos dos estados en 96 partes iguales.
Newton había sugerido 12 partes iguales entre la congelación del agua y la temperatura del cuerpo humano. El número 96 viene de la escala de 12 grados, usada en Italia en el S. XVII (12*8=96).
Aunque la temperatura de la mejor proporción de hielo y sal es alrededor de -20 ºC Fahrenheit, finalmente, ajustó la escala para que el punto de congelación del agua (0 ºC en la escala Celsius) fuera de 32 ºF y la temperatura de ebullición del agua de 212 ºF.
La escala Fahrenheit, que se usa todavía en los países anglosajones, no tenía valores negativos (no se podían lograr en esa época temperaturas por debajo de cero grados) y era bastante precisa por la dilatación casi uniforme del mercurio en ese intervalo de temperaturas.
En la Inglaterra victoriana de Guillermo Brown una fiebre que provocara 100 grados de temperatura libraba al niño de ir a clase ese día.
Con este termómetro de precisión Fahrenheit consiguió medir la variación de la temperatura de ebullición del agua con la presión del aire ambiente y comprobó que todos los líquidos tiene un punto de ebullición característico.
En 1740, Celsius, científico sueco, propuso los puntos de fusión y ebullición del agua al nivel del mar (P=1 atm) como puntos fijos y una división de la escala en 100 partes (grados). |
Como en Suecia interesaba más medir el grado de frío que el de calor le asignó el 100 al punto de fusión del hielo y el 0 al del vapor del agua en la ebullición. Más tarde el botánico y explorador Linneo invirtió el orden y le asignó el 0 al punto de congelación del agua.
Esta escala, que se llamó centígrada por contraposición a la mayoría de las demás graduaciones, que eran de 60 grados según la tradición astronómica, ha perdurado hasta época reciente (1967) y se proyectó en el Sistema métrico decimal.
La escala Kelvin tiene como referencia la temperatura más baja del cosmos. Para definir la escala absoluta o Kelvin es necesario recordar lo que es el punto triple. El llamado punto triple es un punto muy próximo a 0 ºC en el que el agua, el hielo y el valor de agua están en equilibrio.
En 1967 se adoptó la temperatura del punto triple del agua como único punto fijo para la definición de la escala absoluta de temperaturas y se conservó la separación centígrada de la escala Celsius. El nivel cero queda a -273,15 K del punto triple y se define como cero absoluto o 0 K. En esta escala no existen temperaturas negativas. Esta escala sustituye a la escala centígrada o Celsius.
A la temperatura del cero absoluto no existe ningún tipo de movimiento y no se puede sacar calor. Es la temperatura más baja posible y todo el movimiento atómico y molecular se detiene. Todos los objetos tienen una temperatura más alta que el cero absoluto y por lo tanto pueden emitir energía térmica o calor.
AYYUDA !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! NO AYUDA :(
ResponderEliminarA mi no me ayudó en nada
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