¿Qué sucede cuando ponemos en contacto dos cuerpos a diferentes temperaturas?
Lo que sucede cuando dos cuerpos a diferentes temperaturas se colocan juntos, constituye una de las experiencias mas familiares para el ser humano. La temperatura final alcanzada por ambos es intermedia entre las dos temperaturas de partida. Tales fenómenos constituyen el objeto de la CALORIMETRÍA
Una definición calorimétrica del calor sería considerarlo como aquello que se trasmite entre un sistema y su medio exterior, por virtud únicamente de una diferencia de temperatura.
Concretamente, el calor es un flujo de energía que pasa de un cuerpo a otro. Cuando este flujo ha terminado no existe ya ningún motivo para utilizar el término calor.
Cuando cesa ese flujo de energía entre los cuerpos es porque han alcanzado el equilibrio térmico, es decir, dichos cuerpos poseen una propiedad común a la que denominamos temperatura
La temperatura de un cuerpo es una propiedad que determina si se encuentra o no en equilibrio térmico con otros.
La temperatura de todos los cuerpos en equilibrio térmico puede representarse por un número. Temperatura se refiere, por tanto, al número observado sobre la escala de un termómetro.
El calor fluye espontáneamente de un cuerpo que se encuentra a mayor temperatura a otro de menor temperatura, hasta que ambas se igualen, es decir alcance el equilibrio térmico.
Por el contrario, el calor no puede fluir de un modo natural de un cuerpo a cierta temperatura a otro cuerpo a temperatura mayor
Energía y trabajo
La palabra energía es conocida por todos nosotros y la usamos frecuentemente en diferentes situaciones, sin embargo consideramos conveniente dar una definición
ENERGÍA es la capacidad de un sistema para realizar trabajo
¿Cuándo se realiza trabajo?
Se realiza TRABAJO cuando al aplicar una fuerza sobre un sistema éste se mueve.
Cuando decimos que el sistema se mueve, no sólo nos referimos al cambio en sus posición sino también a las deformaciones producida por la fuerza.
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| Figura 1 |
Si la fuerza deja de actuar no se realiza trabajo aunque el sistema siga en movimiento. Por otra parte, si actúa una fuerza sobre el sistema y éste no se mueve, tampoco se realiza trabajo.
Ejemplo 1
Consideremos el molino de viento de la figura 1:
¿El viento realiza trabajo sobre el molino?
- Si las aspas se mueven, debido a la fuerza que el viento ejerce sobre ellas, entonces el viento realiza trabajo sobre el molino.
- Si las aspas no se mueven, no se está realizando trabajo sobre el molino, hay una fuerza aplicada sobre ellas pero no hay movimiento.
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| Figura 2 |
Ejemplo 2
En el dibujo de la figura 2, un caballo tira de un carro.
¿El caballo realiza trabajo sobre el carro?
- Si el caballo logra mover el carro, realiza trabajo.
- si la fuerza aplicada por el caballo no logra moverlo, no realiza trabajo.
Ejemplo 3
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| Figura 3 |
Un artesano moldea cerámica para hacer un cenicero
¿El artesano realiza trabajo?
El artesano para darle forma a la cerámica debe aplicar fuerza sobre el material y éste se deforma, por lo tanto realiza trabajo
Ejemplo 4
En el dibujo de la figura 3 un obrero intenta mover la roca.
¿El obrero realiza trabajo?
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| Figura 4 |
A pesar del esfuerzo realizado y de la fuerza aplicada sobre la roca, no realiza trabajo sobre ella porque no logra moverla.
A partir de los cuatro ejemplos y las definiciones de energía y trabajo, nos damos cuenta que estos conceptos están relacionados.
Analizando detenidamente los ejemplos, en especial el 1 y el 2 podemos deducir cómo es esta relación:
- En todos los ejemplos hay una interacción entre dos sistemas o un sistema y el ambiente. En el ejemplo 1 la interacción es entre el viento (ambiente) y el molino (sistema) y en el ejemplo 2, entre el caballo y el carro.
- Quien realiza trabajo, lo hace porque tiene energía y al hacerlo "cede" parte de ella. Por ejemplo, el viento al "chocar" con las aspas pierde en parte su energía disminuyendo la velocidad y el caballo, al tirar del carro, se cansa.
- Cuando se realiza trabajo sobre un sistema su energía aumenta. Como consecuencia el sistema tendrá capacidad de realizar trabajo sobre otro sistema. Por ejemplo, el molino cuyas aspas fueron movidas por el viento podrá elevar agua de un pozo, o hacer funcionar un generador de corriente eléctrica, etc.
Al analizar el ejemplo 3 podemos identificar dos sistemas que interaccionan: el artesano y la cerámica.
El artesano "gasta" energía al realizar trabajo sobre la cerámica, pero no se observa a simple vista un aumento de la energía del sistema (cerámica)
Sin embargo la cerámica tuvo un aumento de energía después que se realizó trabajo sobre ella. Luego de realizar y analizar el siguiente experimento podrás darte cuenta cómo verificar dicho incremento de energía.
¿Es lo mismo el calor que la temperatura? Introducción
En la vida cotidiana, con frecuencia usamos dos palabras cuyo significado suele confundirse: CALOR Y TEMPERATURA, ya que ambos están íntimamente ligados.
Probablemente, la mayoría de ustedes, ha asociado dichos conceptos con las sensaciones que producen en nuestra piel los cuerpos fríos o calientes. Quizás habrán podido dividir o clasificar los cuerpos como fríos, tibios o templados, calientes y muy calientes.
Estas sensaciones NO nos permiten aclarar las nociones de calor y temperatura, así como tampoco apreciar diferencias pequeñas de temperatura o medirla con precisión.
En realidad, esa noción de temperatura resulta poco eficiente y real, probémoslo al considerar el siguiente caso:
1) colocamos una de nuestras manos en un recipiente que contenga agua caliente y luego la sumergimos en otro que contiene agua a la temperatura ambiente. Tendremos la sensación de que esta última está fría.
2) si en cambio la colocamos primero en un recipiente que contenga agua con hielo y luego en el que contiene agua a la temperatura ambiente, tendremos la sensación de que esta última está caliente.
En ambos casos el recipiente con agua a temperatura ambiente es el mismo y sin embargo nuestra sensación es totalmente diferente.
Para clarificar la situación, observemos el siguiente esquema y tratemos de verificar lo indicado
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