Calor y Temperatura

Introducción

Un cuerpo es una porción limitada de materia, la cual está formada por moléculas. Estas moléculas poseen movimiento, que varía según el estado de agregación de la materia.

Estados de Agregación y Movimiento Molecular

• Sólidos: Las moléculas se mueven vibrando alrededor de un punto fijo.
• Líquidos: Las moléculas se desplazan libremente.
• Gaseosos: Las moléculas se mueven al azar y a gran velocidad.

Teoría Cinético-Molecular

La teoría cinético-molecular explica el movimiento de las moléculas y establece que:

• Las moléculas en movimiento generan energía cinética.
• A mayor velocidad, las moléculas poseen mayor energía cinética.
• Un aumento en la energía cinética de las moléculas de un cuerpo se traduce en un aumento de su temperatura.

La energía cinética de las moléculas de un cuerpo se conoce como energía interna.

Calor y Energía

El calor es un tipo de energía en transición que se transfiere desde un cuerpo a mayor temperatura hacia otro a menor temperatura.

La energía es la capacidad de realizar trabajo. Se presenta en diversas formas, como energía solar, eléctrica, química, etc.

Principios de la Termodinámica

Primer Principio de la Termodinámica

La energía no se pierde ni se crea, solo se transforma.

Segundo Principio de la Termodinámica

El calor se transfiere de un cuerpo a mayor temperatura hacia un cuerpo a menor temperatura.

Equilibrio Térmico

El proceso de transferencia de calor culmina cuando las temperaturas de ambos cuerpos se igualan, cesando la transferencia de calor.

Temperatura y Escalas

La temperatura es la magnitud que indica la energía interna de un cuerpo.

Existen tres escalas principales para medir la temperatura:

• Celsius (relativa)
• Fahrenheit (relativa)
• Kelvin (absoluta)

El cero absoluto (0 Kelvin) es la temperatura más baja que se puede alcanzar, donde los cuerpos no poseen energía interna y sus moléculas no se mueven.

Termómetros

Un termómetro está constituido por un tubo de vidrio fino, mercurio en su interior y un bulbo. Al calentarse, el mercurio se dilata, indicando la temperatura. Al enfriarse, el mercurio se contrae.

Formas de Transmisión del Calor

Conducción

En los sólidos, el calor se propaga por conducción. Al calentar un sólido, sus moléculas vibran con mayor intensidad y transfieren energía a las moléculas vecinas. Los metales son buenos conductores del calor, mientras que materiales como la madera y el plástico son aislantes.

Convección

En los líquidos y gases, el calor se transmite por convección. Al calentar un fluido, las moléculas se expanden, se vuelven menos densas y ascienden, generando corrientes de convección.

Radiación

El calor también se puede transmitir por radiación a través de ondas electromagnéticas, como la radiación solar.

Dilatación

Al calentarse, un cuerpo experimenta un aumento de temperatura y un aumento de volumen, es decir, se dilata. La dilatación depende del estado de agregación y del material del cuerpo.

Dilatación en Sólidos

• Dilatación lineal: Se produce en cuerpos donde la longitud predomina sobre las otras dimensiones.
• Dilatación superficial: Se produce en cuerpos laminares, donde el largo y el ancho predominan sobre el espesor.
• Dilatación cúbica: Se produce en cuerpos donde no hay predominio de ninguna dimensión.

Dilatación en Líquidos y Gases

• Líquidos: Al calentarse, los líquidos aumentan su volumen.
• Gases: Al calentarse, los gases aumentan su volumen si se expanden libremente. Si están en un recipiente cerrado, aumenta su presión.

Aplicaciones de la Dilatación: Termostatos

Los termostatos son dispositivos que mantienen constante la temperatura de un medio. Están formados por dos láminas metálicas de diferente naturaleza que se dilatan de forma desigual al calentarse, interrumpiendo un circuito eléctrico. Al enfriarse, recuperan su forma y cierran el circuito.