Tema 8. Calor y temperatura
Nociones básicas de calor y temperatura.
La temperatura (T) es una magnitud física fundamental que caracteriza el estado térmico de un sistema. Describe de una manera macroscópica la energía cinética promedio de las partículas que lo componen. La medición de la temperatura se realiza mediante un termómetro, un instrumento que aprovecha las propiedades termométricas de ciertas sustancias para medir la temperatura en una escala numérica.
Figura 1. Representación de las escalas de temperatura en Celsius y Farenheit.
Existen varias escalas de temperatura. Las más comunes son: Celsius (oC), Kelvin (K) y Farenheit (oF). Estas escalas se basan en puntos de referencia específicos, como el punto de congelación y ebullición del agua. Las relaciones entre las distintas escalas son las siguientes:
\[K=273,15+C\] \[F=\frac{9}{5}\cdot C+32\]
Es importante darse cuenta de que la variación de temperatura (ΔT), que representa la diferencia entre dos estados térmicos, tiene el mismo valor numérico en grados Celsius y Kelvin, pero difiere en grados Fahrenheit. Esto se debe a que las escalas Celsius y Kelvin tienen la misma magnitud de grado, mientras que la escala Fahrenheit tiene una magnitud diferente.
Por tanto: $$\Delta$$TCelsius = $$\Delta$$TKelvin$$\neq$$$$\Delta$$TFarenheit
La escala de Kelvin se conoce como la escala de temperatura absoluta y es que por su definición no existe la posibilidad de que ningún objeto se encuentre a una temperatura inferior a 0K.
El calor (Q), por otro lado, se define como la energía transferida entre sistemas debido a una diferencia de temperatura entre ellos. Cuando dos objetos se encuentran a diferente temperatura, es decir no están en equilibrio térmico, se produce una transferencia de energía entre ellos hasta alcanzar dicho equilibrio. Esta transferencia ocurre espontáneamente desde el sistema de mayor temperatura hacia el de menor temperatura hasta que ambos alcancen la misma temperatura.
Figura 2. Representación del principio de transferencia de calor.
La cantidad de calor absorbido o cedido por un sistema está directamente relacionada con su masa (m), la variación de temperatura (ΔT) que experimenta y una propiedad intrínseca del material denominada calor específico (c). El calor específico cuantifica la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de una unidad de masa del material en un grado Kelvin.
La relación entre estas variables se expresa mediante la siguiente ecuación:
\[Q=c\cdot m\cdot \Delta T\]
La unidad del Sistema Internacional para el calor es el julio (J), una medida fundamental de energía. En campos específicos, como la ciencia de los alimentos, se utiliza también la caloría (cal). La equivalencia entre ambas unidades es: 1 cal = 4,18 J; 1 J = 0,24 cal.
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