Calor y Temperatura: Diferencias, Conceptos y Formas de Propagación

Ideas erróneas comunes sobre calor y temperatura

Existen varias concepciones equivocadas sobre los conceptos de calor y temperatura que es importante aclarar:

• El calor es algo estático que reside en los cuerpos. La concepción científica correcta es que el calor es energía en tránsito.
• El frío es el antagónico del calor y se mueve de unos cuerpos a otros. En física, el "frío" no existe como entidad propia; es simplemente la ausencia de calor. La energía siempre fluye del cuerpo de mayor temperatura al de menor temperatura.
• Se confunde calor con temperatura, considerando la temperatura como una medida del calor. Son dos conceptos relacionados pero distintos.
• Los materiales son fríos o calientes por naturaleza. La sensación de frío o calor depende de la conductividad térmica del material y de la diferencia de temperatura con nuestra piel, no de una propiedad intrínseca de "ser frío".
• Se desconoce la tendencia universal hacia la igualación de temperaturas, conocida como equilibrio térmico.

Conceptos Científicos Fundamentales

Temperatura

La temperatura es una magnitud física que indica la energía cinética promedio de las partículas de un cuerpo. Es una característica intrínseca del estado térmico de un sistema. Se mide con un termómetro y la percibimos a través del tacto. Cuando la temperatura de un cuerpo aumenta, significa que la energía cinética de sus partículas también ha aumentado.

Calor

El calor es la energía en tránsito que se transfiere de un cuerpo de mayor temperatura a otro que tiene menos, debido a dicha diferencia de temperaturas. La transferencia de calor cesa cuando ambos cuerpos alcanzan el equilibrio térmico. La velocidad de esta transferencia es mayor cuanto mayor sea la diferencia de temperaturas y la superficie de exposición. Se mide en Julios (J) en el Sistema Internacional, aunque también se usan las calorías (cal). La equivalencia es: 1 J ≈ 0.24 cal.

Diferencias Clave entre Calor y Temperatura

Calor Específico

Al aportar la misma cantidad de calor a dos sustancias diferentes con la misma masa, la temperatura no aumenta de igual manera. Esto se debe a que cada sustancia tiene un calor específico (c) diferente, que se define como la cantidad de calor que hay que suministrar a una unidad de masa para que su temperatura suba un grado. La fórmula es: c = Q / (m · ΔT).

Capacidad Calorífica

Al aportar la misma cantidad de calor a una misma sustancia pero con masas distintas, la variación de temperatura también es desigual. Esto se debe a la capacidad calorífica: a más masa, se necesita más calor para lograr el mismo aumento de temperatura.

Calor Latente

El calor que se invierte en cambiar el estado de una sustancia (por ejemplo, de sólido a líquido) no produce ningún cambio en su temperatura. Ese calor se utiliza para dar más libertad a las partículas y vencer las fuerzas intermoleculares. Se denomina calor latente al calor absorbido o liberado por una unidad de masa cuando cambia de estado a temperatura constante.

Mecanismos de Propagación del Calor

Conducción

Este mecanismo necesita contacto físico directo. La energía se transfiere de partícula a partícula sin desplazamiento de materia. Hay materiales buenos conductores (como los metales) y malos conductores o aislantes (como la madera, el corcho o sustancias con impurezas).

Convección

Es el mecanismo predominante en los fluidos (líquidos y gases), donde las partículas no están en posiciones fijas. El calor se propaga por el movimiento de estas partículas. Las zonas más calientes del fluido, al ser menos densas, ascienden, mientras que las más frías y densas descienden, creando corrientes de convección.

Radiación

El calor se propaga por medio de ondas electromagnéticas (como la luz infrarroja) y no necesita un medio material. Todos los cuerpos con una temperatura superior al cero absoluto emiten radiación. La intensidad (I) de la radiación se define como la energía por unidad de superficie y tiempo: I = Energía / (Superficie × tiempo). Cuando un cuerpo tiene una temperatura más alta, la longitud de onda de la radiación que emite es más corta.

Efectos del Calor: Dilatación Térmica

Al calentar un cuerpo, sus partículas se mueven con más energía y tienden a separarse, provocando que el cuerpo se dilate (aumente sus dimensiones). Cada sustancia tiene un coeficiente de dilatación característico.

La anomalía del agua

El agua tiene un comportamiento excepcional: al enfriarse, se contrae hasta los 4 °C, pero entre 4 °C y 0 °C, se dilata. Por lo tanto, el agua alcanza su máxima densidad a 4 °C. Esta es la razón por la que el agua más densa (a 4 °C) se encuentra en el fondo de los lagos en invierno, mientras que el hielo (a 0 °C), al ser menos denso, flota en la superficie.