Calor y Temperatura
Definición de Calor
El calor es energía en tránsito que se reconoce solo cuando cruza la frontera de un sistema. Si la transferencia es de dentro hacia afuera, el calor se vuelve parte del sistema de los alrededores. El calor se mide con un calorímetro, que permite medir las cantidades absorbidas o liberadas por los cuerpos.
Definición de Temperatura
La temperatura se define como una magnitud escalar relacionada con la energía interna de un sistema termodinámico. La energía cinética está asociada a los movimientos de las partículas del sistema, ya sea en sentido traslacional, rotacional o en forma de vibraciones.
Termometría y Calorimetría
Termometría
La termometría es la medición de la temperatura o sistemas. Los termómetros son instrumentos utilizados para medir la temperatura y han evolucionado mucho desde su invención.
Tipos de Termómetros
- Termómetro de Mercurio: Generalmente se utiliza para medir la temperatura del material seleccionado.
- Pirómetros de Mercurio: Miden la temperatura a partir de la radiación de calor emanada por los objetos. Este termómetro se puede usar sin tocar los objetos.
- Lámina Bimetálica: Están compuestos por dos láminas metálicas con diferentes coeficientes de dilatación. Cuando se produce un cambio de temperatura, una de las láminas se curva primero y se traduce en una aguja que señala la temperatura.
- Termómetro a Gas: Pueden funcionar tanto a volumen como a presión constante. Al tener un sistema de medición preciso, suelen ser usados para ajustar otros termómetros.
- Termómetro de Resistencia: Son transductores de temperatura que operan mediante el cambio de resistencia eléctrica de una sustancia. Las sustancias generalmente son metálicas, pero también pueden usarse electrolitos y materiales no metálicos semiconductores.
Calorimetría
La calorimetría es la parte de la física que se encarga del calor en una reacción química o un cambio de estado.
Escalas de Temperatura
Celsius
Toma como referencia el punto de fusión del agua para indicar la temperatura mínima (0°C) y considera el punto de ebullición del agua para indicar la temperatura más alta (100°C).
Fahrenheit
Es una escala que tiene 180° de diferencia entre el valor mínimo y el máximo del termómetro. Relaciona los puntos de fusión y ebullición del agua para indicar los valores de temperatura. El valor mínimo es a los 32°F y el máximo es 212°F.
Kelvin
No tienen valores negativos. El punto de fusión del agua en esta escala es de 273°K y el punto de ebullición es a los 372°K. La mínima temperatura es 0°K, que para la escala centígrado resulta ser a los -273°K.
Sustancia Termométrica
Una sustancia termométrica debe cumplir con las siguientes características:
- Debe ser visible al ojo humano.
- Debe dilatarse y contraerse con facilidad.
- A temperatura ambiente debe estar en estado líquido.
Las sustancias más comunes usadas en termómetros son el mercurio y el alcohol.
Puntos Fijos
Son dos puntos de referencia para la calibración de termómetros:
- Punto de Fusión del Hielo: Es el estado térmico en que parecen en equilibrio los estados sólido y líquido del agua pura.
- Punto de Ebullición del Agua: Es el estado térmico del vapor de agua en ebullición.
Relación entre Calor y Temperatura
El calor y la temperatura están relacionados entre sí, pero son diferentes. El calor es la energía total del movimiento molecular en una sustancia, mientras que la temperatura es una medida de la energía molecular media.
Calorímetro
Instrumento que se usa para determinar el calor específico de un cuerpo, así como para medir las cantidades de calor que liberan o absorben los cuerpos.
Cantidad de Calor
Es la energía que absorbe o cede el cuerpo. Se mide en calorías o kilocalorías y es directamente proporcional a la masa y la variación de la temperatura. La constante de proporcionalidad se denomina calor específico y es una constante característica para cada material.
Propagación del Calor
Conducción
Esta forma de propagación se da en los sólidos. Cuando se aplica calor a un objeto sólido, la zona donde absorbe calor se calienta y sus partículas adquieren mayor movilidad que el resto del cuerpo. Cada partícula transmite el calor a las partículas vecinas, con lo cual el calor acaba propagándose por todo el cuerpo.
Convección
Se da en los líquidos o gases. En un recipiente, las primeras partículas en calentarse son las del fondo. El líquido que está en el fondo se dilata y disminuye su densidad, y el líquido que estaba arriba baja para ocupar el lugar dejado.
Radiación
Es la propagación del calor que tiene lugar sin apoyo de ningún medio material.
Caloría
Es la cantidad de calor o energía necesaria para aumentar 1°C la temperatura de 1 gramo de agua pura desde 14,5°C a 15,5°C, a presión normal de una atmósfera. En física, esta unidad está en desuso.
Fórmulas
(Aquí se incluirían las fórmulas relevantes para los conceptos de calor y temperatura)