Conociendo un poco más sobre los conceptos de Calor y Temperatura
¡Feliz día querida comunidad científica de hive! No existen términos más comunes para nosotros como lo son Calor y Temperatura, desde que nos levantamos experimentamos sensaciones relacionadas con ellos, es por esto, que en esta ocasión desarrollaremos este tema tan importante.
Imagen realizada con la página web de diseño gráfico y composición de imágenes Canva.
No existen dudas acerca de que el hombre trata de relacionar las condiciones ambientales que le rodean con lo que perciben sus sentidos. Las sensaciones de “Frio y Calor” se encuentran asociadas sensorialmente a las condiciones de altas y bajas temperaturas. Así es, que cuando pensamos en bajas temperaturas, asociamos este concepto con imágenes como hielo, neveras, aires acondicionados, mientras que las temperaturas altas las vinculamos al fuego, sol, es decir, objetos calientes.
Cuando desde tiempos remotos antes de Cristo se comenzó a explicar los orígenes del calor, se postuló que éste era una especie de fluido, al que se llamo calórico, que podía penetrar o salir de un cuerpo. Actualmente, esta teoría ha sido desechada y de manera un poco más moderna se explican, tanto la temperatura como el calor, con base en el comportamiento molecular y atómico de las sustancias u objetos sometidos a la influencia de variables externas.
Fuente
Es importante enfatizar la relevancia que el estudio de la temperatura y el calor tienen para el bienestar de la humanidad. Las técnicas de conservación de alimentos, la noción de salud, en términos de medición de la temperatura corporal, la producción de energía eléctrica, usando el calor como agente primario, el estudio del efecto invernadero, que amenaza la vida en el planeta, son solamente algunos aspectos que revelan la necesidad de comprender los fenómenos físicos de la temperatura y el calor.
Todas las sustancias están constituidas por átomos. A la vez, estos últimos se asocian en moléculas, el gran conjunto de las cuales conforman todos los materiales conocidos. Figuera (2009).
Las moléculas dentro de la materia se encuentran en constante movimiento y ejercen entre sí fuerzas de naturaleza eléctrica. El movimiento de dichas moléculas se asocia a su energía cinética, mientras que las fuerzas eléctricas están asociadas a la energía potencial intermolecular.
Si analizamos el diagrama que presentamos a continuación, podemos ver los posibles movimientos moleculares dentro de cualquier sustancia. La imagen muestra una molécula formada por dos átomos y el resorte que los une, representa la energía potencial de la molécula.
Fuente: Figuera (2009)
En la parte (a) la molécula cambia de posición en el espacio, desplazándose de un sitio a otro. El movimiento es de traslación y se habla de energía cinética trasnacional. En la parte (b) los átomos de la molécula se estiran y se encogen alrededor de una misma posición inicial; no hay traslación, en este caso, la molécula posee energía cinética vibracional. Finalmente tenemos la parte (c) la molécula rota, dando origen a energía cinética rotacional; tampoco hay traslación de la molécula como un todo, en este último caso. Aun cuando el efecto causado por una molécula aislada puede ser insignificante, en una cantidad relativamente pequeña de una sustancia cualquiera se concentran miles de millones de moléculas y la acción de este gran conglomerado de partículas resulta muy significativa.
Es por ello, que la temperatura esta íntimamente ligada al movimiento traslacional y, por lo tanto, a la energía traslacional de las moléculas. Más exactamente, se dice que la temperatura está asociada a la energía cinética promedio traslacional de las moléculas. Después de haber expuesto la situación anterior, podemos decir que:
La energía cinética traslacional, junto con las energías cinéticas vibracional y rotacional, así como la energía potencial, constituyen la energía interna de las moléculas. Sin embargo, solo la energía traslacional contribuye al valor de la temperatura de una sustancia u objeto. Figuera (Ob. Cit)
Es así que, las moléculas en una sustancia se mueven al azar, en una forma desordenada. La energía cinética traslacional está asociada a este movimiento aleatorio y la temperatura es una medida de esta energía desordenada. De allí que a la temperatura se le identifique como energía térmica.
Es por ello que las sensaciones de caliente o frio están, precisamente identificadas con el estado de energía térmica de las sustancias. Cuando tocamos un objeto y lo sentimos “caliente” es porque existe un alto grado de energía térmica en el mismo. Por el contrario, cuando lo sentimos “frio” su nivel de energía térmica es menor.
A menudo, los conceptos de calor y temperatura son confundidos; esto se debe a que los dos términos están estrechamente relacionados. Ya observamos que la temperatura es una medida de la energía térmica molecular. Cuando dos objetos de temperaturas diferentes entran en contacto, la energía térmica se transfiere del objeto más caliente al más frio. Estos objetos intercambian energía térmica hasta que se alcanza un estado de equilibrio térmico, la cual iguala la temperatura de ambos objetos. Podemos decir entonces, que fluye calor desde el objeto más caliente al más frio. Bajo este esquema, el calor está relacionado con la transferencia de energía de un objeto a otro: es energía en movimiento.
El calor es la energía que fluye espontáneamente de un objeto de más alta temperatura a otro de más baja temperatura, a través de las interacciones aleatorias de sus moléculas.
Es decir que, como resultado de esa transferencia de energía, un objeto puede aumentar o disminuir su temperatura. De allí, tal vez, resulte la confusión entre temperatura y calor.
Muchos mecanismos pueden ser utilizados para calentar un cuerpo mediante la transferencia de energía. Consideremos que deseamos calentar agua utilizando un recipiente de vidrio y una cocina a gas; la energía química almacenada en el gas es llevada a través de un tubo al quemador de la hornilla. Cuando encendemos un fòsforo, se realiza trabajo en contra de la fricción para romper los enlaces químicos en la sustancia que forma la cabeza del palillo del fòsforo; las moléculas y átomos liberados se combinan con el oxigeno del aire, liberando energía térmica; la cual se transfiere al gas que se enciende. La llama que se origina en la hornilla de la cocina produce calor, el cual se propaga hacia el recipiente de vidrio y, de allí hacia la masa del agua, lo cual hace aumentar la temperatura de ambos.
fuente
Es importante resaltar la complejidad de los procesos energéticos, donde hay intercambios permanentes de una forma de energía a otra. También resulta fundamental hacer notar que un incremento de calor no necesariamente va acompañado de un aumento de la temperatura. El agua, por ejemplo, hierve a una temperatura fija de 100º y por más que se le transfiera calor adicional, este valor permanece constante.
Conclusión
Los conceptos de calor y temperatura son fundamentos físicos presentes en nuestra cotidianidad, de los cuales es sustancial resaltar que:
- Los conceptos de temperatura y calor son muy utilizados en diversas aplicaciones para el desarrollo de nuestra vida en el planeta.
- En un 90% son conceptos que resultan ser confundidos, debido a la relación que existe entre ellos.
- El calor está relacionado con la transferencia de la energía, se produce mediante las interacciones de las moléculas dentro de un cuerpo.
- La temperatura es una magnitud física, que mide el nivel de calor que posee un cuerpo.
- Un aumento de calor no siempre va acompañado de un aumento de temperatura.
Referencias
Figuera, J. (2009). Física, Texto y problemario. Caracas: Ediciones CO-BO.
Serway, R & Jewett, J. (2005). Física para Ciencias e Ingenierías, Volumen I. México: International Thomson Editores, S.A
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https://twitter.com/ILovePhysica/status/1370697539096346632
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