TEMPERATURA Y CALOR
Como se ha
visto anteriormente, la temperatura es una de las magnitudes fundamentales
definidas por el SI. Se trata de una magnitud difícil de definir y que tiende a
confundirse con el concepto de calor, aunque todos probablemente tenemos una
idea más o menos intuitiva de calor y temperatura. Para aclarar este aspecto es
necesario profundizar más en ambos conceptos.
La temperatura
de un cuerpo se define como una magnitud que mide la energía promedio de las
moléculas que constituyen ese cuerpo. La temperatura de un cuerpo es
independiente de su masa porque solo depende de la velocidad y la masa de casa
una de sus moléculas. De otra parte el concepto de calor corresponde a la
medida de energía que se transfiere de un cuerpo a otro debido a la diferencia
de temperatura que existe entre ellos.
EL CALOR
El calor es una
cantidad de energía y es una expresión del movimiento de las moléculas que
componen un cuerpo.
Cuando el calor
entra en un cuerpo se produce calentamiento y cuando sale, enfriamiento.
Incluso los objetos más fríos poseen algo de calor porque sus átomos se están
moviendo.
TEMPERATURA
La temperatura
es la medida del calor de un
cuerpo (y no la cantidad de calor que este contiene o puede rendir).
La energía térmica es la energía cinética (relacionada con el movimiento)
media de un conjunto muy grande de átomos o moléculas. Esta energía cinética
media depende de la temperatura, que se relaciona con el movimiento de las
partículas (átomos y moléculas) que constituyen las sustancias.
UNIDADES DE CANTIDAD DE CALOR
Siendo del
calor una forma de energía que se transfiere de una sustancia a otra en virtud
de una diferencia de temperatura, se puede determinar la cantidad de calor
midiendo el cambio de temperatura de una masa conocida que absorbe calor desde
alguna fuente.
Según el SI, el
calor se mide en JULIOS, que es una unidad de energía. No obstante, la caloría
es una unidad más comúnmente empleada en todo el mundo.
¿CÓMO SE MIDE LA TEMPERATURA?
· EL TERMÓMETRO
Consta de un
capilar terminado en un bulbo que contiene un líquido que se dilata; está
cubierto por un tubo externo que contiene la escala numérica.
Es un
instrumento diseñado para medir la temperatura valiéndose de la expansión y
contracción de un líquido, que generalmente es mercurio.
· ESCALAS TERMOMÉTRICAS
Existen varias
escalas de temperatura. Algunas de las escalas termométricas más utilizadas
son:
·
- Escala Celsius o centígrada (o C).- emplea como puntos de referencia los puntos de congelación y de ebullición del agua, asignando un valor de cero al primero y de 100 al segundo.
- Escala Kelvin o absoluta (K).- Lord Kelvin sugirió emplear como punto de inicio de la escala un valor conocido como cero absoluto, que corresponde a una temperatura de -273 o C, en la cual la energía cinética de las partículas es ínfima, y por lo tanto se trata de la temperatura más baja que se puede lograr.
- Escala Fahrenheit (o F).- esta escala se emplea comúnmente en los Estados Unidos y se diferencia de las anteriores en que al punto de congelación del agua se la asigna un valor de 32 o F, y al de la ebullición, 212 o F.
- Escala Rankine (o R).- en esta escala el intervalo entre el punto de congelación y de ebullición del agua es igual al intervalo que existe entre estos puntos en la escala Fahrenheit.
CONVERSIONES
ENTRE ESCALA DE TEMPERATURA
Tan
importante como conocer las distintas escalas de temperatura es aprender a
medir y a realizar equivalencias o conversiones entre ellas.
Se
muestran a continuación algunas fórmulas aritméticas que nos permiten convertir
temperatura de una escala a otra.
§ Escala centígrada y Kelvin
K
= o C + 273
o C = K – 273
§ Escala centígrada y Fahrenheit
F
= 1.8 o C + 32
C=
F – 32/ 1.8
§ Rankine a Kelvin
o R =9/5*K
Cuando dos cuerpos a distintas temperaturas se ponen en contacto, terminan
igualando sus temperaturas. Entonces se dice que se ha alcanzado el equilibrio
térmico.
Cuando dos sistemas entran en contacto, las partículas con mayor energía
cinética transfieren, mediante choques, parte de su energía a las restantes
partículas, de manera que al final la energía cinética media de todo el
conjunto es la misma.
El calor es la transferencia de energía desde un cuerpo que se encuentra a
mayor temperatura hasta otro de menor temperatura. Cuando ambos cuerpos igualan
sus temperaturas se detiene la transmisión de energía.
El calor siempre se transfiere desde el cuerpo de mayor temperatura al de
menor temperatura, independientemente de sus tamaños relativos.
UNIDADES DE
MEDIDA DEL CALOR
El calor se mide en unidades de energía. Por tanto, en el Sistema
Internacional su unidad es el julio (J). Sin embargo, la unidad tradicional
para medir el calor es la caloría (cal). La equivalencia es:
1 cal = 4,184 J ó 1 J = 0,24 cal
¿CÓMO SE TRANSFIERE O TRANSMITE EL CALOR?
La transmisión de calor siempre ocurre desde el cuerpo más caliente al más
frío. Se puede dar por tres mecanismos: Conducción, convección y radiación.
CONDUCCIÓN
El proceso por el que se transmite calor de un punto a otro de un sólido se
llama Conducción.
En la conducción se transmite energía térmica, pero no materia. Los átomos
del extremo que se calienta, empiezan a moverse más rápido y chocan con los
átomos vecinos transmitiendo la energía térmica.
Las sustancias tienen distinta conductividad térmica, existiendo
materiales conductores térmicos y aislantes térmicos.
Conductores térmicos: Son aquéllas sustancias que transmiten rápidamente
la energía térmica de un punto a otro. Por ejemplo, los metales.
Aislantes térmicos: Son aquéllas sustancias que transmiten lentamente la energía térmica de
un punto a otro. Ejemplos: Vidrio, hielo, ladrillo rojo, madera, corcho,
etc. Suelen ser materiales porosos o fibrosos que contienen aire en su
interior.
CONVECCIÓN
La convección
es el proceso por el que se transfiere energía térmica de un punto a otro de un
fluido (líquido o gas) por el movimiento del propio fluido.
Al calentar,
por ejemplo, agua en un recipiente, la parte del fondo se calienta antes, se
hace menos densa y sube, bajando el agua de la superficie que está más fría y
así se genera un proceso cíclico.
En la
convección se transmite energía térmica mediante el transporte de materia.
RADIACIÓN
La radiación es
el proceso por el que los cuerpos emiten energía que puede propagarse por el
vacío.
La energía que
los cuerpos emiten por este proceso se llama Energía radiante. Por ejemplo, la Tierra recibe energía radiante
procedente del Sol, gracias a la cual la temperatura del planeta resulta idónea
para la vida.
Todos los cuerpos radian
energía en función de su temperatura. Cuanto mayor sea la temperatura, mayor
será la energía de la radiación que emiten.
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