Calor es la energía en tránsito desde un sistema con alta temperatura a otro sistema con más baja temperatura.
El calor se asocia con la energía interna cinética y potencial de un sistema (movimiento molecular aparentemente desorganizado).E
Si el calor es una forma de la energía asociada a la vibración y el movimiento de las partículas, ¿qué es el calor que se mueve por el espacio vacío entre la Tierra y el Sol, donde en su mayor parte no hay moléculas? Bien, debemos saber que el calor puede también ser transferido desde cualquier fuente por radiacion. La radiación térmica es radiación electromagnética que se mueve con quanta en ondas, para ser preciso, con fotones en ondas, como se propaga la luz. Así, la transferencia de calor radiante puede suceder a través del vacío.
El calor siempre fluye desde una región con temperatura más alta hacia otra región con temperatura más baja. La transferencia o dispersión del calor puede ocurrir a través de tres mecanismos posibles, conducción, convección y radiación:
CONDUCCIÓN: Flujo de calor a través de medios sólidos por la vibración interna de las moléculas y de los electrones libres y por choques entre ellas. Las moléculas y los electrones libres de la fracción de un sistema con temperatura alta vibran con más intensidad que las moléculas de otras regiones del mismo sitema o de otros sistemas en contacto con temperaturas más bajas. Las moléculas con una velocidad más alta chocan con las moléculas menos excitadas y transfieren parte de su energía a las moléculas con menos energía en las regiones más frías del sistema. Las moléculas que absorben el excedente de energía también adquirirán una mayor velocidad vibratoria y generarán más calor (energía potencial -absorbe calor- <--> energía cinética -emite calor).
Por ejemplo, la conducción de calor a través de la carrocería de un coche.
Los metales son los mejores conductores térmicos; mientras que los materiales no metálicos son conductores térmicos imperfectos.
CONVECCIÓN: Es el flujo de calor mediante corrientes dentro de un fluido (líquido o gaseoso). La convección es el desplazamiento de masas de algún líquido o gas. Cuando una masa de un fluido se calienta al estar en contacto con una superficie caliente, sus moléculas se separan y se dispersan, causando que la masa del fluido llegue a ser menos densa. Cuando llega a ser menos denso se desplazará hacia arriba u horizontalmente hacia una región fría, mientras que las masas menos calientes, pero más densas, del fluido descenderán o se moverán en un sentido opuesto al del movimiento de la masa más caliente (el volumen de fluido menos caliente es desplazado por el volumen más caliente). Mediante este mecanismo los volúmenes más calientes transfieren calor a los volúmenes menos calientes de ese fluido (un líquido o un gas).
Por ejemplo, cuando calentamos agua en una estufa, el volumen de agua en el fondo de la olla adquirirá el calor por conducción desde el metal de la olla y se hará menos denso. Entonces, al ser menos denso, se moverá hacia la superficie del agua y desplazará a la masa superior menos caliente y más densa hacia el fondo de la olla.
RADIACIÓN: Es la transferencia de calor por medio de ondas electromagnéticas. No se requiere de un medio para su propagación. La energía irradiada se mueve a la velocidad de la luz. El calor irradiado por el Sol se puede intercambiar entre la superficie solar y la superficie de la Tierra sin calentar el espacio de transición.
Por ejemplo, si colocamos un objeto (tal como una moneda, un coche, o a nosotros mismos) bajo los rayos del Sol directos; al poco tiempo notaremos que el objeto se calentará. El intercambio de calor entre el Sol y el objeto ocurrirá por medio de radiación.
El término energía hace referencia la capacidad de trabajo que presenta un cuerpo. Es una magnitud abstracta que se le adjudica a un sistema físico. La energía nunca se destruye, sino que puede ser convertida, o bien, transferida.
De manera general la energía puede ser clasificada en diversos tipos de acuerdo al estado de reposo o movimiento del cuerpo que la provoca:
ENERGÍA POTENCIAL: se refiere a la energía que contienen aquellos objetos que se encuentran en reposo.
ENERGÍA CINÉTICA: es originada por los cuerpos que se encuentran en movimiento, o alguna de sus partes constituyentes.
La capacidad de transformar o mover algo se la conoce bajo el nombre de energía. Se las puede clasificar de acuerdo a si su fuente es o no renovable:
Energía no renovable: esta energía proviene de fuentes que se encuentran de manera limitada en la naturaleza y, una vez que son utilizadas, no se las puede renovar. Además de esto, son grandes causantes de contaminación ambiental. Entre ellas encontramos:
- Petróleo: este se encuentra en depósitos de rocas sedimentarias marinas y es líquido, más ligero que el agua y de color oscuro. Está compuesto por metales, azufre, nitrógeno, oxígeno e hidrocarburos.
- Carbón: es un combustible fósil, de origen vegetal que posee un elevado poder calórico y abundante carbono. En las centrales térmicas es el principal combustible que se utiliza para la producción de electricidad.
- Gas natural: se lo haya entre los sedimentos y deviene de la fermentación de la materia orgánica. Los elementos que lo componen son: metano, propano, butano, hidrógeno y otra serie de gases. Su poder calórico supera a las otras dos fuentes, por lo que se lo utiliza para calentar calefacciones y cocinas así como también en la producción de electricidad.
- Energía eólica: esta energía se obtiene de la fuerza del viento, que se adquiere por medio de la energía cinética que se genera a partir de las corrientes del aire. Esta energía se posible de obtener gracias a la existencia de las masas de aire que viajan desde áreas cuyas presión atmosférica es elevada hacia otras adyacentes de presión baja.
- Energía hidráulica: es aquella que se puede obtener a partir de la acumulación en saltos de agua. Para hacer uso de esta energía, las centrales hidráulicas instalan turbinas que aprovechan la energía fluvial y se conectan a un generador eléctrico.
- Biomasa: esta proviene de la energía generada por el sol. La formación de este tipo de energía se realiza por medio del proceso de fotosíntesis que realizan las plantas.
- Energía solar: la energía proveniente del sol se puede transformar en energía eléctrica por medio de colectores solares parabólicos. También se la puede transformar en energía térmica, aunque para ambos procesos se requieren distintas tecnologías.
- Energía geotérmica: esta energía se obtiene de aquellas zonas de la Tierra en que las aguas subterráneas se encuentran a temperatura de ebullición. Estas se aprovechan a través de turbinas.
1- Transforme 50 °C en grados Fahrenheit.
2- Transforme 20 °C en grados Fahrenheit.
3- Transforme según la ecuación de conversión : a) 15 °C a °F; y b) -10 °F a °C.
4- La temperatura en un salón es 24 °C. ¿Cuál será la lectura en la escala Fahrenheit?.
5- Un médico inglés mide la temperatura de un paciente y obtiene 106 °F. ¿Cuál será la lectura en la escala Celsius?.
7- Cierta escala termométrica °X adopta los valores 10 °X y 510 °X, respectivamente, para el 1er punto fijo y 2do punto fijo. Determine: a) la ecuación de conversión entre la escala °X y la escala °C; b) la ecuación de conversión entre la escala °X y la escala °F; y c) cuánto corresponde en la escala °X el valor de 30 °C.
8- En presencia de hielo una columna líquida de mercurio alcanza 2 cm de altura y en presencia de vapor de agua alcanza 6 cm. Determinar: a) la ecuación termométrica en la escala °C y b) la temperatura de un cuerpo para el cual la columna líquida mide 3,5 cm.
10- Un termómetro de gas a volumen constante, indica una presión de 8 mm de mercurio en contacto con el hielo y de 12 mm de Hg en contacto con el vapor de agua. Calcular : a) la ecuación termométrica en la escala °F y b) la presión cuando la temperatura alcanza 100 °F.
11- Cierta escala termométrica °Y adopta los valores 5 °Y e 400°Y respectivamente, para el 1er y 2do punto fijo. Determine la ecuación de conversión entre la escala °Y y la escala °C. Además, determine la indicación en la escala °Y correspondiente a 60 °C.
12- En un termómetro de mercurio, la columna líquida tiene una altura de 4 cm en presencia de hielo en fusión. Cuando el termómetro se coloca en presencia de vapores de agua en ebullición a presión normal, la columna líquida alcanza 10 cm de altura. Determine: a) la ecuación termométrica de ese termómetro en la escala Centígrado y b) la temperatura de un cuerpo para el cual la columna líquida mide 7,25 cm.
13- En un termómetro de gas, a volumen constante, la presión P adquiere valores de 200 mm de Hg en el punto de hielo y de 700 mm de Hg en el punto de vapor. Determine: a) la ecuación termométrica de este termómetro en la escala °C y b) la temperatura indicada cuando la presión alcanza 500 mm de Hg.
14- Un termómetro de mercurio está graduado en las escalas Celsius y Fahrenheit. La distancia entre dos marcas consecutivas en la graduación Fahrenheit es 1 mm. ¿Cuál es la distancia entre dos marcas consecutivas en la graduación Celsius?.
15- Un termómetro es graduado en una escala °Y tal que a 20 °C corresponden a 30 °Y; y 120 °C corresponden a 300 °Y. ¿Cuál es el valor en la escala °Y que corresponde a 50 °C?.
16- Determinar la temperatura que en escala Fahrenheit es expresada por un número cuatro (4) veces mayor que el correspondiente en la escala Celsius.
