Conceptos Fundamentales de Termodinámica: Calor, Temperatura y Transferencia Energética

Conceptos Fundamentales de la Energía Térmica

El estudio de la energía térmica abarca conceptos esenciales para comprender cómo se manifiesta y transfiere el calor en la materia.

Definiciones Básicas

• Calor: Forma de energía que tiene su origen en el movimiento de las moléculas de los cuerpos y que se desarrolla por el roce de las mismas.
• Temperatura: Medida del calor o energía térmica de las partículas en una sustancia. No depende del número de partículas en un objeto y, por lo tanto, no depende de su tamaño.

Fenómenos de Expansión Térmica

Dilatación Lineal

Es aquella en la cual predomina la variación en una única dimensión.

Dilatación Volumétrica

Es aquella en que predomina la variación del volumen del cuerpo.

Relaciones Cuantitativas

Ecuación de los Gases Ideales

Se refiere a la relación fundamental que describe el comportamiento de un gas ideal.

Unidades de Calor

Las unidades comunes incluyen: caloría, tonelada (térmica), kilocaloría, entre otras.

Equivalencia Mecánica del Calor

El movimiento y el calor son mutuamente intercambiables, y en todos los casos una determinada cantidad de trabajo podría generar la misma cantidad de calor siempre que el trabajo hecho se convirtiese totalmente en energía calórica.

Transferencia de Calor

Existen tres mecanismos principales por los cuales la energía térmica se propaga:

1. Transmisión de Calor por Conducción

Consiste en la transferencia de calor entre dos puntos de un cuerpo que se encuentran a diferente temperatura sin que se produzca transferencia de materia entre ellos.

2. Transmisión de Calor por Radiación

El calor se transmite por un cuerpo debido a su temperatura. En este caso, no existe contacto entre los cuerpos, ni fluidos intermedios que transportan el calor. Simplemente, por existir un cuerpo A a una temperatura mayor a la de un cuerpo B, existirá transferencia de calor por radiación de A a B.

3. Transmisión de Calor por Convección

Interviene el gas o líquido en movimiento que transporta la energía térmica en dos zonas. Se clasifica en:

• Forzada: Cuando se mueve un fluido a través de una zona caliente y este transporta el calor a la zona fría.
• Natural: Cuando el propio fluido extrae calor de la zona caliente y cambia su densidad, haciendo que se desplace a la zona más fría.

Magnitudes Específicas

Calor Específico

Magnitud física que se define como la cantidad de calor que hay que suministrar a la unidad de masa de una sustancia para elevar su temperatura en una unidad.

Calor Latente

Energía requerida por una cantidad de sustancia para cambiar de estado (de sólido a líquido o de líquido a gaseoso). Se debe tener en cuenta que esta energía en forma de calor se invierte para el cambio de fase y no para un aumento de la temperatura.