Fundamentos Esenciales de la Termodinámica: Calor, Temperatura y Propiedades de la Materia
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Conceptos Fundamentales de la Termodinámica
La Temperatura
La temperatura es la magnitud común a dos cuerpos en equilibrio térmico.
Teoría Cinética y Movimiento Térmico
La materia está formada por pequeñas partículas que ejercen fuerzas entre sí. Estas partículas experimentan un movimiento continuo y desordenado, denominado movimiento térmico. Las partículas poseen energía cinética debido al movimiento térmico, y energía potencial a causa de las fuerzas de interacción entre ellas.
El Calor
El calor es el proceso de transferencia de energía de un cuerpo a otro como consecuencia de la diferencia de temperatura entre ellos.
Procedimientos de Transferencia de Energía por Calor
- Conducción: Es la propagación calorífica sin desplazamiento de materia. Las partículas del cuerpo que recibe energía se mueven con mayor rapidez y transmiten esta energía mediante choques a las restantes partículas del cuerpo.
- Convección: Es la propagación calorífica mediante desplazamiento de materia. Se produce fundamentalmente en los fluidos. Las partes del cuerpo que reciben energía aumentan de volumen, se vuelven menos densas y ascienden. Las partes frías son más densas y bajan, ocupando las zonas libres.
- Radiación: Es la propagación de energía a través de ondas electromagnéticas sin necesidad de algún medio material.
Medición y Propiedades Térmicas de la Materia
El Termómetro
Un termómetro es un instrumento que posee alguna propiedad observable que varía con el valor de la temperatura. La relación entre Kelvin y Celsius es: T(K) = T(°C) + 273.
El Calor Específico (Ce)
El calor específico (Ce) de una sustancia es la energía que absorbe mediante calor un kilogramo de la misma para aumentar 1 Kelvin (K) su temperatura.
La Dilatación Térmica
La dilatación es el aumento de las dimensiones de un cuerpo cuando se eleva su temperatura.
Dilatación de los Sólidos
Las partículas de los sólidos vibran alrededor de posiciones fijas. Al aumentar la temperatura, la vibración se hace mayor y las partículas se separan entre sí, produciendo un aumento del tamaño del cuerpo. Por el contrario, cuando disminuye la temperatura, se produce la contracción del cuerpo.
Dilatación de los Líquidos
Los líquidos también se dilatan al calentarse y se contraen al enfriarse. Al transferir energía mediante calor a un líquido, sus partículas aumentan de energía cinética, chocan con mayor frecuencia unas con otras y tienden a separarse más. La dilatación de los líquidos es mayor que la de los sólidos porque sus partículas tienen más libertad de movimiento.
Dilatación de los Gases
Se dilatan más que los sólidos y que los líquidos porque sus moléculas se mueven con total libertad por todo el recipiente. Las distintas formas de calentar un gas son a presión constante o a volumen constante.
Máquinas Térmicas y Motores
La Máquina Térmica
Una máquina térmica es un dispositivo que realiza un trabajo mediante un proceso de paso de energía desde un foco caliente hasta un foco frío.
Componentes de una Máquina Térmica
- Foco caliente: Que cede energía a la máquina mediante calor.
- Foco frío: Que recibe energía de la máquina también mediante calor.
Los Motores de Explosión
Los motores de explosión (comunes en automóviles) aprovechan la energía generada en la combustión de una mezcla de aire con gasolina para mover un pistón. El trabajo mecánico del movimiento del pistón se aprovecha para el desplazamiento del vehículo (ley acción-reacción).
Conceptos Adicionales en Física
Los Isótopos
Los isótopos son átomos del mismo elemento (mismo número de protones) pero con distinto número másico (distinto número de neutrones).
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