Definiciones

Cuando un sistema de baja temperatura se pone en contacto por medio de una pared diatérmica con otro sistema de mayor temperatura, la temperatura del sistema frío aumenta, mientras la temperatura del sistema caliente disminuye.

Si se mantiene este contacto por un periodo largo, se establecerá el equilibrio termodinámico, es decir, ambos sistemas tendrán la misma temperatura. Es evidente que si los sistemas están formados por diferentes sustancias o diferentes porciones de ellas, no contienen la misma cantidad de energía interna aunque su temperatura sea igual. Cuando la temperatura de un cuerpo caliente empieza a descender, las moléculas reducen el número total e intensidad de sus procesos de movimiento.

Punto triple de una sustancia.

Por definición, el punto triple de una sustancia es aquel en el cual sus tres fases (sólido, líquido y gaseoso) coexisten en equilibrio termodinámico.

Para obtener en forma experimental el punto triple de una sustancia, se debe variar la temperatura y la presión hasta lograr con ciertos valores que la sustancia se encuentre en sus tres fases.

Por ejemplo: el punto triple del agua es cuando el hielo, el agua líquida y el vapor de agua, coexisten en equilibrio térmico. La temperatura del punto triple del agua es de 273.16°K y la presión es de 6.025 x 10-3 atmósferas. Si un cuerpo sólido que se encuentra a una presión menor a la de su punto triple, es calentado, directamente se gasifica sin pasar por el estado líquido, efectuándose así una sublimación.

Energía interna

La energía interna de un sistema se define como la suma de las energías cinética y potencial de las moléculas individuales que lo constituyen. Al suministrar calor a un sistema, se provoca un aumento en la energía de agitación de sus moléculas, se produce un incremento en la energía interna del sistema y por consiguiente un aumento en la temperatura.

En general, cuanto mayor sea la temperatura de un sistema, mayor será su energía interna. Sin embargo, los valores absolutos de ésta en las moléculas no se pueden precisar, motivo por el cual sólo se determina la variación que sufre la energía del sistema mediante la expresión: 

ΔU = Uf – Ui. Donde:

ΔU = variación de la energía interna en Joules (J)

Uf = energía interna final en Joules (J).

Ui = energía interna inicial en Joules (J).

Formas de propagación del calor.

Si dos cuerpos se ponen en contacto y no manifiestan tendencia a calentarse o enfriarse, es porque su temperatura y, por tanto, la energía cinética media de sus moléculas es igual; pero cuando diversas partes de un mismo cuerpo, o varios cuerpos en contacto, están más calientes, todos tenderán a alcanzar la misma temperatura y el calor se propagará de un punto a otro.

El calor o energía calorífica siempre se propaga de los cuerpos calientes a los fríos, de tres maneras diferentes:

a) Conducción

b) Convección

c) Radiación.

Conducción.- es la forma de propagación del calor a través de un cuerpo sólido, debido al choque entre moléculas. Cuando el extremo de una varilla metálica se pone en contacto con el fuego, al cabo de cierto tiempo el otro extremo también se calienta. Esto se debe a que las moléculas del extremo calentado por el fuego vibran con mayor intensidad, es decir, con mayor energía cinética.

Una parte de esa energía se transmite a las moléculas cercanas, las cuales al chocar unas con otras comunican su exceso de energía a las contiguas, así su temperatura aumenta y se distribuye en forma uniforme a lo largo de la varilla. Esta transmisión de calor continuará mientras exista una diferencia de temperatura entre los extremos, y cesará totalmente cuando sea la misma en todas las partes.

Convección.- Es la propagación del calor ocasionada por el movimiento de la sustancia caliente. Al poner agua en un vaso de precipitado y calentarla posteriormente, observamos que transcurrido cierto tiempo comienza un movimiento en el seno (parte interna) del líquido

Esto se debe a que al recibir calor el líquido del fondo, la temperatura sube y provoca su dilatación, aumentando el volumen y en consecuencia disminuye la densidad de esa porción, por lo que sube a la superficie y es reemplazada por agua más fría y con mayor densidad. Este proceso se repite con la circulación de masas de agua más caliente hacia arriba y las de agua más fría hacia abajo, provocándose las llamadas corrientes de convección.

El calentamiento en los líquidos y gases es por convección. Los vientos son corrientes de convección del aire atmosférico, debido a las diferencias de temperatura y densidad que se producen en la atmósfera.

Radiación.- es la propagación del calor por medio de ondas electromagnéticas esparcidas, incluso en el vacío, a una velocidad de 300 mil km/seg. El calor que nos llega del Sol es por radiación, pues las ondas caloríficas atraviesan el vacío existente entre la Tierra y el Sol. A las ondas caloríficas también se les llama rayos infrarrojos, en virtud de que su longitud de onda es menor si se compara con la del color rojo.

Todos los cuerpos calientes emiten radiaciones caloríficas, es decir ondas electromagnéticas de energía proporcional a su temperatura. Cuando la radiación de un cuerpo caliente llega a un objeto, una parte se absorbe y otra se refleja. Los colores oscuros son los que absorben más las radiaciones. Por ello, en los climas cálidos se usan con frecuencia ropas de colores claros para reflejar gran parte de las ondas infrarrojas y luminosas que provienen del Sol.

Unidades para medir el calor.

Como ya señalamos, el calor es una forma de energía llamada energía calorífica. Por lo tanto, las unidades para medir el calor son las mismas del trabajo mecánico y la energía:

a) Sistema Internacional de Unidades:

Joule = Newton x metro.

b) Sistema CGS:

Ergio = dina x centímetro = dina. Cm.

Aunque existen las unidades anteriores, aún se utilizan unidades como: la caloría y el BTU que a continuación se describirán:

Caloría.- es la cantidad de calor aplicado a un gramo de agua para elevar su temperatura 1°C.

Kilocaloría.- Es un múltiplo de la caloría y equivale a: 1 Kcal = 1000 cal.

El BTU es la unidad para medir el calor en el Sistema Inglés, y dichas siglas son British Thermal Unit, que significa, Unidad térmica Británica, y es la cantidad de calor aplicada a una libra de agua (454 gramos) para que eleve su temperatura un grado Fahrenheit:

1 Btu = 252 cal = 0.252 Kcal

La equivalencia entre joules y calorías, es la siguiente:

1 joule = 0.24 cal

1 caloría = 4.2 Joules.