GUÍA: ”TEMPERATURA Y CALOR”

  GUÍA: ”TEMPERATURA Y CALOR”

Temperatura y calor son dos conceptos utilizados a diario, están relacionados entre sí, pero no significan lo mismo.  Comenzaremos analizando el concepto de temperatura.

TEMPERATURA

A diario nos referimos al clima de nuestra ciudad, diciendo si hay frio o calor de acuerdo a la sensación que experimentamos al estar expuestos. Esta sensación de frío y calor que sentimos es lo que se conoce como sensación térmica, la cual es arbitraria ya que dos personas pueden percibirla de manera diferente.  Cuando hay mucho viento, la temperatura que percibimos suele ser mucho menor que la temperatura real, es decir, la sensación térmica es menor que la temperatura ambiental.  Algunos factores que influyen en la sensación térmica son humedad ambiental, velocidad del viento, etc.

Ya conocemos el término “sensación térmica”, pero…

¿QUÉ ES TEMPERATURA?

Para poder dar respuesta a esta pregunta, primero debemos recordar cómo está formada la materia.  Si pudiésemos mirar el interior de la materia, observaríamos que está formada por partículas, y que estas partículas están en constante movimiento.  Veríamos también que dependiendo del estado en el que se encuentre la materia, la separación entre sus partículas será diferente, y que dependiendo de la separación entre partículas la velocidad de éstas también variará.

[pic 3]

El movimiento constante de los átomos y moléculas es una forma de energía, conocida como energía cinética, la cual es mayor a medida que aumenta la velocidad de movimiento de las partículas.

Tal como los autitos chocadores en un parque de diversiones, no todos los átomos o moléculas de un cuerpo se mueven a la misma velocidad ni en la misma dirección, sino que colisionan de manera aleatoria mientras se mueven de un lugar a otro, algunos más rápidamente que otros. Por ende, no todas las partículas poseen la misma cantidad de energía cinética en un momento específico. La suma de la energía cinética de todas las partículas que conforman un cuerpo corresponde a su energía térmica. Esto quiere decir que un balde con agua tiene más energía térmica que una taza con agua a igual temperatura, ya que el balde contiene más moléculas, lo que significa más movimiento y, por ende, mayor energía. Si en un momento dado medimos la energía cinética promedio de todas las partículas que componen un sólido, líquido o gas, obtendremos su temperatura. A medida que aumenta la energía cinética de las partículas de un cuerpo, su temperatura también lo hace, y viceversa. 

La temperatura se mide con el termómetro, y las escalas más empleadas para medir esta magnitud son la Celsius (° C), la Fahrenheit (° F) y la Kelvin (°K).[pic 4]

[pic 5]

¿Qué cambios provoca la temperatura?

Si se le entrega energía a una sustancia, la energía cinética de sus partículas aumente, y por ende aumenta la temperatura.  En cambio, si le quitamos energía a las partículas, su temperatura disminuye. Sin embargo, esto no ocurre cuando la sustancia está cambiando de estado. [pic 6]

Algunos de los cambios que provoca la temperatura son:

1. Dilatación térmica: Fenómeno que se produce al aumentar la temperatura de un cuerpo provocando un aumento del volumen de un material. El aumento de temperatura incrementa la rapidez de movimiento de las partículas, existe mayor agitación molecular, ocupan mayor espacio y como consecuencia aumenta el volumen del cuerpo.
2. Contracción térmica: Fenómeno inverso a la dilatación térmica, en el cual se produce una disminución del volumen de un cuerpo producto de la disminución de la temperatura.

¿Cómo se mide la temperatura?

Como mencionamos anteriormente, la temperatura (la cual nos indica la energía cinética de las partículas de un cuerpo) se mide con un instrumento denominado termómetro.  La mayoría de los termómetros funciona gracias a la propiedad de dilatación de ciertos materiales. El más conocido es el termómetro de mercurio, el mercurio al estar expuesto a una temperatura mayor se dilata y nos entrega un registro de temperatura.

Según los materiales que se utilicen según propiedad de dilatación frente a cambios de temperatura podemos encontrar:

1. Termómetro de mercurio
2. Termómetro de alcohol
3. Termómetro de platino (Temperaturas de hasta 1127°C)

Los termómetros más usados son:

1. Termómetro clínico de mercurio.
2. Termómetro clínico electrónico.
3. Termómetro bimetálico.
4. Termómetro de laboratorio.

Podrás encontrar más detalles sobre cada tipo de termómetro en la página 184 de tu texto escolar.

Historia del termómetro:

Con el paso del tiempo los termómetros se han ido perfeccionando. Algunos hitos importantes son:

• Galileo Galilei (1564-1642) en el año 1592 crea el primer termoscopio, el cual permitía comparar diferentes temperaturas.
• Santorre Santorio (1561-1636) En el año 1612 introduce una escala de graduación al termoscopio de Galileo, convirtiéndolo en un termómetro.
• Daniel Fahrenheit (1686-1736). En el año 1714 crea el primer termómetro de mercurio.
• Thomas Seebeck (1770-1931).  Inventó, en 1821, el termopar, instrumento con el cual se podía medir la diferencia de temperatura entre dos metales diferentes.
• Carl Wilhelm Siemens (1823-1883) Propone el platino como material para un termómetro.
• Henry Le Châtelier (1850-1936). Construyó, en 1892, el primer pirómetro, el cual es un instrumento capaz de medir la temperatura de un cuerpo sin estar en contacto con éste.

Actualmente la Organización Mundial de la Salud (OMS) pretende acabar con el uso de termómetros de mercurio debido a la alta toxicidad de este elemento para el ser humano y el medio ambiente.

¿QUÉ ES EL CALOR?

Se define calor como la energía en tránsito que se transfiere entre dos cuerpos que se encuentran a diferente temperatura.  El cuerpo que está a mayor temperatura transfiere energía al de menor temperatura, hasta llegar a igualarlas, fenómeno conocido como equilibrio térmico.

El calor se puede propagar a través de tres mecanismos:

1. Propagación del calor por conducción: El calor  se transfiere de un cuerpo a otro por contacto y sin movimiento de la materia.  La propagación por conducción es distinta dependiendo del material en que se produzca.  Los mejores conductores del calor son los metales.  Según la cualidad que posea un determinado material para conducir el calor, este puede ser clasificado como conductor térmico o aislante térmico. Algunos ejemplos de aislantes térmicos son la fibra de vidrio y plumavit.
2. Propagación del calor por convección: es la transmisión de calor que tiene lugar mediante el movimiento de las partículas de un fluido. Al calentar, por ejemplo, agua en un recipiente, la parte del fondo se calienta antes, se hace menos densa y sube, bajando el agua de la superficie que está más fría y así se genera un proceso cíclico.
3. Propagación del calor por radiación: es la transferencia de calor mediante ondas electromagnéticas, sin la intervención de partículas materiales que lo transporten.  Por ejemplo, la Tierra recibe energía radiante procedente del Sol, gracias a la cual la temperatura del planeta resulta idónea para la vida.  Otros ejemplos son una vela o una ampolleta, las cuales son fuentes de radiación térmica, al igual que una estufa o un brasero.  En todos los casos mencionados existe también una corriente de convección que nace de la fuente térmica y mueve el aire circundante, pero la radiación térmica tiene la particularidad de que se puede propagar por el vacío. Por lo tanto, La radiación es un proceso por el cual fluye calor desde un cuerpo de alta temperatura a un cuerpo de baja temperatura cuando estos se encuentran separados por un espacio que incluso puede ser el vacío. Por eso, si acercas la mano al calentar un metal, notarás el calor sin necesidad de tocarlo. Cuando se calienta, el metal se pone rojo, porque emite el calor en forma de luz roja, y a medida que se pone más caliente va cambiando de color: amarillo rojizo, amarillo, blanco azulado, hasta blanco.[pic 7]

¿Qué es el calor específico?

El calor específico es la cantidad de energía por cada gramo de una sustancia, necesaria para que su temperatura aumente en un grado centígrado (°C) o grado kelvin (°K).  El calor específico del agua es de 1 cal/g°C, lo que significa que un gramo de agua necesita una caloría de calor para elevar su temperatura en 1°C. [pic 8]

Calor cedido y absorbido

Los científicos han establecido expresiones matemáticas para demostrar la relación entre calor cedido o absorbido, la masa, la naturaleza de la sustancia y la variación de la temperatura.

...