El calor y la temperatura

Transcripción

1 El calor y la temperatura por Enrique Hernández El calor y la temperatura son dos conceptos que utilizas comúnmente de manera indistinta, pero cuál es la diferencia entre ambos? Los cuerpos que tienen una temperatura alta, por ejemplo de 100 C, se considera que tienen calor o que están calientes, sin embargo los cuerpos con temperatura de C, es decir, con temperatura baja, también tienen calor? Figura C - digital display of human bo temperatura (Flickr, 2011). Para comprender la diferencia entre estos conceptos, debes saber que toda la materia está formada por átomos y moléculas que no están en reposo, ya que sin importar si el cuerpo está en movimiento o no, las moléculas se mueven. En los sólidos las partículas vibran alrededor de su posición de equilibrio. En los líquidos se mueven con libertad por el recipiente que las contiene. 1

2 Basado en lo anterior, revisa las definiciones de los conceptos de energía térmica, calor y temperatura. Energía térmica es la suma de las energías de todas las partículas que componen un cuerpo. Calor es la energía que se suministra o que se recibe de un cuerpo en los procesos en que éste varía su energía interna. Temperatura es el valor medio de la energía cinética de las partículas de un cuerpo. Por esto un cuerpo muy caliente tiene moléculas que se mueven a gran velocidad, es decir, tienen una energía térmica alta y una temperatura alta. En los cuerpos fríos, las moléculas se mueven con lentitud. La medición de la temperatura se logra a partir de ciertas propiedades observables que presentan los cuerpos como pueden ser su longitud, volumen o su resistencia eléctrica. Para medir la temperatura de un cuerpo se utiliza un instrumento llamado termómetro, del cual existen varios tipos, como los siguientes: De mercurio. Consiste en un tubo de vidrio con un conducto delgado unido por uno de sus extremos a un bulbo con mercurio. Cuando el bulbo está en contacto con un cuerpo de mayor temperatura, el mercurio se dilata por el conducto a lo largo del tubo. De alcohol. Se usa en lugares fríos y sigue el mismo principio que los termómetros de mercurio. De alambre de platino. Puede utilizarse en lugares de frío extremo, así como en espacios muy calientes. El principio de este tipo de termómetro es que el platino conduce más energía eléctrica a medida que se calienta, por lo que midiendo su resistencia es posible determinar la temperatura de un cuerpo. Cuerpos en contacto En los cuerpos que se encuentran en contacto, la temperatura indica en qué dirección va a fluir el calor y éste siempre pasa de un cuerpo con mayor temperatura a uno de menor temperatura. Al objeto de mayor temperatura se le llama cuerpo caliente (o fuente calórica) y al cuerpo de menor temperatura se le llama cuerpo frío (o refrigerante). 2

3 Escalas de temperatura Dada la importancia que tiene en la vida cotidiana y en el desarrollo de la ciencia y tecnología, fue necesario establecer escalas para medir la temperatura. Figura 2. Comparación de las escalas de temperatura Fahrenheit, Celsius y Kelvin (Kotz, Treichel y Weaver, 200, p. 16). La primera escala fue establecida por Daniel Fahrenheit ( ), quien utilizó un termómetro de mercurio y midió el punto de ebullición del agua (212 F) y el punto de fusión del hielo (32 F). En el siglo XVIII, Anders Celsius propuso otra escala, en donde asignaba 0 C (Celsius) al punto de fusión del hielo y 100 C, al punto de ebullición del agua. 3

4 Conversión de temperaturas Es posible convertir grados de una escala a otra. La relación que existe entre las escalas CELSIUS y FAHRENHEIT está dada por la relación: C = F 32 9 Por lo que para transformar de una escala a otra deberás utilizar las siguientes fórmulas: a. De grados Fahrenheit a Celsius C = F 32 9 b. De grados Celsius a Fahrenheit F = 9 C

5 Ejemplo La temperatura más alta en el estado de Guanajuato durante este año ha sido de 3 C. A cuántos grados Fahrenheit equivalen? Solución Aplicando la fórmula F = 9 C + 32 F = F = = 9 Por lo tanto, 3 C equivalen a 9 F. Ejemplo Un termómetro marca 120 F, a cuántos grados Celsius equivalen? Solución Aplicando la fórmula C = C = F Por lo tanto, 120 F equivalen a 48.8 C. C = 88 9 = = 48.8

6 Escala Kelvin (o absoluta) La escala Kelvin, en honor al Lord Kelvin, se utiliza en investigaciones y estudios científicos. Esta escala no depende de puntos arbitrarios y tiene la misma escala que los grados Celsius. Está basada en la temperatura más baja que puede obtenerse. Entiéndase como la temperatura en la que las moléculas dejan de moverse. A esta temperatura se le conoce como cero absoluto y corresponde a -273 C. Conversión de grados Kelvin a Celsius Como la escala es la misma entonces para transformar de una escala a otra sólo hay que sumar o restar 273, es decir: a) De Celsius a Kelvin: K = C b) De Kelvin a Celsius: C = K 273 Ejemplo Convertir 1 C a grados kelvin. Solución Utiliza la relación K = C = = 288 Es decir, 1 C equivalen a 288 grados Kelvin. 6

7 Punto de fusión y ebullición El punto de fusión es la temperatura en la que una sustancia cambia de sólido a líquido o viceversa, a una presión normal (760 mm de Hg). El punto de fusión del agua es de 0 C. El punto de ebullición es la temperatura en la que una sustancia cambia de líquido a gaseoso o viceversa, a una presión normal. El punto de ebullición del agua a nivel del mar es de 100 C Sustancia Punto de fusión [ C] Punto de ebullición [ C] Agua Aire Helio Hidrógeno Mercurio Nitrógeno Oxígeno Tabla 1. Puntos de fusión y ebullición para diversas sustancias. 7

8 Referencia Kotz, J., Treichel, P. M. & Weaver, G. C. (200). Química y radioactividad química (6a. ed.). Cengage Learning y Thompson. Recuperado de 3%ADmica.html?id=4vL3SjWjEcQC&redir_esc=y Referencia de la imagen Flickr. (2011) C - digital display of human body temperature. Recuperada de (Imagen publicada bajo licencia Atribución 2.0 Genérica, de acuerdo a: Bibilografía Hewitt, P. (2007). Física Conceptual (10ª. ed., V. A. Flores, Trad.). México: Pearson Educación. Tippens, P. (2007). Física conceptos y aplicaciones (7ª. ed.; A. C. González y Universidad Nacional Autónoma de México, Trads.). México: Mc Graw Hill. 8