Introducción al Calor y a la Temperatura


¿Qué es el Calor?

Al igual que la electricidad, el calor es un concepto simple y complejo a la vez. El calor es energía. El calor se define como la suma total de energías cinéticas de todas las moléculas constitutivas de un cuerpo. Este también se conoce como la energía interior de un cuerpo. El calor, como otras formas de energía, viaja en olas. El calor puede transformar la materia que toca, al calentarla causa que las moléculas del objeto se muevan o que se cree una reacción química, como el fuego. El calor se manifiesta ya sea como una vibración molecular dentro de una substancia o como una reacción electromagnética.

Como sabemos, el Universo está hecho de materia y energía. La materia está hecha de átomos y moléculas. Estas partículas y moléculas se están moviendo continuamente y tropiezan unas con otras o vibran hacia atrás y hacia adelante. El movimiento de los átomos y moléculas de un objeto crea energía, esta energía también se conoce como calor o energía termal. Entre más energía se le agregue a un objeto, las moléculas y los átomos se mueven más rápido y la energía de calor o movimiento aumenta. Un objeto tiene energía de calor aunque se encuentre frío, pues sus átomos continúan en movimiento.

La unidad de calor es el Julio (joule). Una caloría de calor es igual a 4.18 julios. La definición del julio se basa en el equivalente mecánico de energía de calor. Este se define como el trabajo realizado cuando el punto de aplicación de una fuerza de 1 newton se desplaza a través de una distancia de 1 metro en la dirección de la fuerza.

¿Qué es la Temperatura?

De una manera fácil, podemos describir la temperatura de un objeto, como lo que determina la sensación de calor o de frío que sentimos al tener contacto con él.  Esto es fácil de demostrar al colocar juntos dos objetos del mismo material en contacto termal.  La temperatura es un promedio de las energías cinéticas de todas las moléculas en un cuerpo.  Esta también se conoce como el grado de energía interior de un cuerpo. La temperatura se mide en Celsius (C) o en Kelvin (K).  La escala de Kelvin es equivalente a la Celsius en todos los sentidos, sólo que empieza en cero absoluto y la Celsius comienza en el punto en el que el agua se congela. A veces, el término "temperatura absoluta" se usa para denotar que esta es relativa al cero absoluto, punto en el que un objeto no contiene energía de calor. A 0 grados K (-273 grados C) la energía interna de un cuerpo se define como 0.

Podríamos concluir que la temperatura es la medida de la cantidad de calor presente en un cuerpo. Por otro lado, el calor es la medida total de la energía cinética de un cuerpo.

¿Qué es un Termómetro?

Un termómetro es un instrumento que mide la temperatura de un sistema de manera cuantitativa. La manera más simple de hacerlo es encontrando una substancia que tenga una propiedad que cambie de manera regular al alterar su temperatura. Una de estas substancias es el mercurio. El mercurio es líquido en el rango de temperatura de -38.9 C a 356.7 C. Como líquido, el mercurio se expande cuando se calienta, esta expansión es lineal y puede calibrarse con precisión.

¿Cómo se Libera el Calor?

La energía puede asumir muchas formas y puede cambiar de una forma a otra. Diferentes tipos de energía pueden transformarse en energía de calor, como la energía mecánica, química y nuclear y en luz y sonido. Todos estos tipos de energía pueden ocasionar que una substancia se caliente al aumentar la velocidad de sus moléculas. Si nosotros le ponemos energía a un sistema, este se calentará, y se enfriará si se la quitamos.

El calor se libera junto con otros tipos de energía, como la luz, el sonido o las ondas de radio. Una reacción química -como las reacciones nucleares que hacen que el Sol queme- puede liberar o soltar calor, o puede mantenerlo atrapado por medio de aisladores por un tiempo limitado. Por ejemplo, una explosión libera o suelta luz, ondas de sonido y calor, una vela encendida libera ondas de calor y luz y el Sol libera todo tipo de ondas de energía.

Flujo de Calor

La segunda ley de la termodinámica dice que la transferencia o traslado de energía -calor- solamente puede ocurrir en una dirección o sentido, de un grado más alto a un grado más bajo. Esto significa que el calor solamente fluirá de caliente a frío, nunca al revés. Esta tendencia siempre logrará una distribución pareja de energía de calor siempre y cuando no exista ninguna entrada de calor adicional. El flujo de calor ocurre de tres maneras: conducción, convección y radiación.