La Energía y sus Manifestaciones
Introducción a la Energía
Uno de los conceptos más importantes de la física es la energía. La energía es una propiedad fundamental que se define como «La capacidad que poseen los cuerpos para realizar trabajo» o «la capacidad para realizar o desarrollar diversas tareas o actividades».
La energía se manifiesta en distintas formas, denominadas «formas de energía». Por ejemplo, las energías químicas, luminosas, caloríficas, etc. De acuerdo a las características del cuerpo que la almacena o la transporta, la energía puede pasar de un cuerpo a otro transformándose, irradiándose o transfiriéndose.
El Calor como Transferencia de Energía
La manera común de referirse a la transferencia de energía es el término que denominamos calor, que está ligado pero no es lo mismo que temperatura. Cuando decimos que hace mucho calor, lo que sucede es que ha subido la temperatura; esto implica que se ha producido un flujo de calor de un cuerpo a otro. Se ha transferido una cantidad de energía llamada calor.
Energía Térmica y Temperatura
Energía Térmica
Energía térmica: El calor es una forma en que se manifiesta la energía en el universo y le llamamos energía calorífica o térmica.
La energía térmica del ambiente ha aumentado o el cuerpo ha absorbido energía térmica. Desde el siglo XIX se conoce la teoría cinética molecular: de acuerdo a esta teoría, el calor es una forma de energía que tiene su origen en el movimiento de las moléculas que constituyen los cuerpos y se desarrolla por el roce o choque entre ellas. Los cuerpos internamente, sus moléculas están en constante movimiento, desorganizado y caótico. Cuando un cuerpo se calienta es porque sus moléculas han aumentado la frecuencia de choques entre ellas como consecuencia de un aumento en la rapidez de su movimiento. Lo contrario ocurre si el cuerpo se enfría.
Si un cuerpo aumenta la cantidad de moléculas que posee, serán más las moléculas que se mueven, por lo tanto también será mayor la cantidad de calor del cuerpo. (El cubo del recipiente con mayor agua se derretirá más rápidamente, esto es porque posee mayor cantidad de calor).
Los cuerpos poseen una energía interna. Su mayor parte se debe a la energía del movimiento de las moléculas que lo componen, en menor medida a otras energías microscópicas del cuerpo.
Energía interna del cuerpo = (número de moléculas) x energía media Donde energía media es el promedio de todas las energías que poseen las partículas de un cuerpo.
EL CALOR O ENERGÍA TÉRMICA DEPENDE DE:
- La cantidad de moléculas que posea, corresponde a su masa.
- La rapidez con que se muevan dichas moléculas.
A mayor cantidad de moléculas, mayor energía térmica. A mayor rapidez de las moléculas, el cuerpo tendrá también mayor energía térmica.
La Temperatura
LA TEMPERATURA: Se hace presente cada vez que medimos la temperatura del ambiente para indicar si hace calor o frío.
La energía térmica se disminuye si el cuerpo se divide, en cambio la temperatura se mantiene constante.
«Esta conclusión la podemos comprobar si pensamos que la llama de un fósforo nos quema, pero no derrite un hielo, en cambio, un litro de agua tibia no nos quema, pero sí derrite el hielo. La llama del fósforo está a alta temperatura (por eso nos quema) y suministra poca cantidad de calor (por eso no funde el hielo), el agua tibia tiene baja temperatura (no nos quema) y suministra mayor cantidad de calor (por eso derrite el hielo)»
La temperatura mide la concentración de energía de un cuerpo.
La temperatura depende de la rapidez con que se muevan las moléculas del cuerpo.
El Calor
EL CALOR: La energía térmica puede transferirse de un cuerpo a otro cuando están a diferentes temperaturas. La energía térmica pasa de un cuerpo que está a mayor temperatura a otro de menor temperatura. A esta transmisión de energía entre dos cuerpos se le llama calor.
CALOR ES ENERGÍA TÉRMICA EN TRÁNSITO
Dos cuerpos que se ponen en contacto y que están a diferentes temperaturas, tienden a igualar sus temperaturas transfiriéndose calor. Cuando esto ocurre se dice que los cuerpos están en equilibrio térmico.
Medición de la Temperatura
MEDICIÓN DE LA TEMPERATURA: Para medir la temperatura de un cuerpo usamos un termómetro. Existen diferentes tipos desde el termómetro de aire inventado por Galileo hace más de 400 años, hasta los actuales, que generalmente son de mercurio. Hay termómetros de gases, líquidos y sólidos.
Entre los de gas tenemos el de aire de Galileo; entre los de líquido están los de mercurio, los de alcohol, los de toluol, etc., y entre los de sólido se hallan los de láminas bimetálicas, los pirómetros ópticos, los de resistencia de platino, etc.
Estos instrumentos se basan en la dilatación del elemento que contienen en su interior.
Termómetro de Mercurio
Termómetro de mercurio: Su invención se atribuye al físico alemán Gabriel D. Fahrenheit. Para su construcción se emplea un tubo capilar cilíndrico, de vidrio, con un ligero ensanchamiento en el extremo cerrado. Por el extremo abierto se echa cierta cantidad de mercurio. Luego se calienta para que el mercurio se dilate hasta llenar completamente el tubo y se sella la parte superior dejándose enfriar. El mercurio al enfriarse se contrae, quedando vacía la parte superior del tubo, lo que permite posteriormente la libre dilatación o contracción del mercurio.
Escalas de Temperatura
Escala Celsius
Escala Celsius: Fue establecida por el astrónomo sueco Anders Celsius. Su punto fijo inferior es la temperatura normal de fusión del hielo. Se obtiene colocando el termómetro en hielo machacado y en fusión, se marca con el número 0. Su punto fijo superior es la temperatura normal de ebullición del agua. Se obtiene exponiendo el termómetro a los vapores de agua hirviendo. Se marca con el número 100. Los puntos fijos se dividen en intervalos entre 0° y 100° en 100 partes iguales y a cada una se le da el valor de un grado Celsius.
Escala Fahrenheit
Escala Fahrenheit: Fue establecida por Gabriel Fahrenheit. Su punto fijo inferior corresponde a la temperatura de una mezcla, en partes iguales, de hielo machacado y cloruro de amonio. Se marca con el número cero el nivel alcanzado por el mercurio. Su punto fijo superior es el mismo de la escala Celsius, es decir, la temperatura normal de ebullición del agua. El nivel alcanzado por el mercurio expuesto al vapor de agua hirviendo se marca con el número 212. El intervalo entre 0 y 212 se divide en 212 partes iguales y cada una es un grado Fahrenheit.
Relación entre Escala Celsius y Fahrenheit
Relación entre escala Celsius y Fahrenheit: La temperatura normal de fusión del hielo es 0°C, que corresponde a 32° Fahrenheit.
Escala Kelvin o Absoluta
Escala Kelvin o absoluta: Esta escala tiene los grados iguales a los grados Celsius. Al intervalo de 100°C corresponde a 100°K. Pero en ella existe solo un punto fijo que corresponde a la temperatura más baja medida hasta ahora, a la que le da el valor de 0°K y se denomina 0 absoluto, por lo tanto en la escala Kelvin no existen temperaturas negativas. El valor de 0°K corresponde a una temperatura de -273°C, lo que permite establecer la siguiente relación de escalas:
t°C = t°K – 273° /////// t°K = t°C + 273°