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EL CALOR Y LA TEMPERATURA
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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.
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Ejemplo de trayectoria caótica seguida por
una molécula de una sustancia gaseosa.
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La temperatura es la medida de la
energía térmica de una sustancia. Se mide con un termómetro. Las escalas más
empleadas para medir esta magnitud son la Escala Celsius (o centígrada) y la
Escala Kelvin. 1ºC es lo mismo que 1 K, la única diferencia es que el 0 en la
escala Kelvin está a - 273 ºC.
En la escala Celsius se asigna el
valor 0 (0 ºC) a la temperatura de congelación del agua y el valor 100 (100 ºC)
a la temperatura de ebullición del agua. El intervalo entre estas dos
temperaturas se divide en 100 partes iguales, cada una de las cuales corresponde
a 1 grado.
En la escala Kelvin se asignó el 0 a
aquella temperatura a la cual las partículas no se mueven (temperatura más baja
posible). Esta temperatura equivale a -273 ºC de la escala Celsius.
Para convertir ambas temperaturas,
tenemos que tener en cuenta que:
T (K) = t(ºC) + 273
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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.
Cuando dos sistemas en desequilibrio
térmico entran en contacto, el de mayor temperatura transfiere energía térmica
al de menor temperatura hasta conseguir el equilibrio térmico.
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 caloria (cal). La equivalencia es:
1 cal = 4,184 J ó 1 J = 0,24 cal
La transmisión de calor siempre ocurre desde el cuerpo más caliente al más frío.
Se puede dar por tres mecanismos: Conducción, convección y radiación.
4.1.- 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.
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Los gases son muy malos
conductores del calor; por eso, el aire contenido entre las dos hojas de las
ventanas con doble acristalamiento constituye un método muy eficaz para
reducir las pérdidas de calor a través de ellas.
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El hielo es un buen aislante
térmico. La temperatura que se alcanza en el interior del iglú se mantiene
bastante estable.
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4.2.- 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.
4.3- 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.
Las radiaciones se clasifican, de
menor a mayor energía en:
Las radiaciones de
alta frecuencia son las que tienen más energía (rayos gamma, rayos X,
ultravioleta).
Todos los cuerpos absorben radiación,
pero también reflejan parte de ella. Los cuerpos que absorben las radiaciones,
pero reflejan muy pocas, se perciben como oscuros o negros (si no reflejan
ninguna). Por el contrario, los cuerpo
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