Conceptos Fundamentales de Termodinámica: Calor, Temperatura y Transferencia

Calor y Temperatura

El calor es una forma de energía, y al entregar calor a un cuerpo, este aumenta su temperatura, que es una propiedad física que depende de la energía cinética promedio de sus partículas.

La parte de la física que estudia la temperatura de los cuerpos es la termometría y la que estudia el calor que intercambian los cuerpos es la calorimetría.

Calorimetría

Al colocar en contacto dos cuerpos que se encuentran a diferentes temperaturas se produce entre ellos un intercambio calórico de manera tal que el más caliente calentará al más frío, y el más frío enfriará al más caliente, alcanzando ambos la misma temperatura final o el mismo nivel térmico. Este intercambio de calor se mide en calorías y es calculable con la fórmula que expresa la ley fundamental de la Calorimetría.

Ley Fundamental de la Calorimetría

"La cantidad de calor (Q) que intercambia un cuerpo es directamente proporcional a su masa y a la variación de temperatura que experimenta; es decir, que el calor (Q) es calculable como el producto entre la masa del cuerpo, su variación de temperatura y una constante propia del material que se denomina calor específico (c) y se encuentra tabulado".

El calor específico (c) se define como la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de un gramo de una sustancia en 1ºC.

La unidad de medición de la cantidad de calor es la caloría, que se define como la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de 1 gramo de agua de 14,5ºC a 15,5ºC.

Intercambios de Calor en Cambios de Estado o Fase

Todo cambio de estado es un proceso isotérmico, por lo que la temperatura es siempre constante; al no haber variación de temperatura, la ley fundamental de la calorimetría no se aplica directamente. En este caso: "el calor que intercambia un cuerpo que cambia de estado es igual al producto entre su masa y el calor latente propio del cambio de estado que tiene lugar".

Calorímetro de Mezclas o Calorímetro de Agua

Los calorímetros son dispositivos de laboratorio utilizados para medir experimentalmente la cantidad de calor (en calorías) que intercambian los cuerpos.

El calorímetro de mezclas o de agua consiste en un vaso metálico que contiene agua y se encuentra separado del medio exterior mediante paredes de material aislante (como el amianto) y una base o piso de corcho. Este recipiente, aislado del exterior para evitar pérdidas de calor con el medio, se denomina adiabático.

Transferencia de Calor

• Por Conducción: Ocurre a través de materiales, principalmente metales, que son buenos conductores y sólidos a temperatura ambiente.
• Por Convección: Ocurre mediante el movimiento de fluidos (líquidos o gases), por ejemplo, el calentamiento de agua por una resistencia eléctrica o la distribución de aire caliente por un calefactor en una habitación.
• Por Radiación: Se produce entre un cuerpo radiante (que emite energía en forma de ondas electromagnéticas) y otro cuerpo que la absorbe, sin necesidad de contacto físico entre ellos.