Este blog tiene por objetivo explicar el concepto de calor desde la perspectiva de la Física así como sus propiedades, principios, teorías , aplicaciones, entre otros aspectos.
La unidad de medida del calor en el Sistema Internacional de Unidades es la misma que la de la energía y el trabajo: el Joule o Julio (J).
Otra unidad ampliamente utilizada para medir la cantidad de energía térmica intercambiada es la caloría (cal), que es la cantidad de energía que hay que suministrar a un gramo de agua para elevar su temperatura 1 °C. Diferentes condiciones iniciales dan lugar a diferentes valores para la caloría. La caloría también es conocida como caloría pequeña, en comparación con la kilocaloría (kcal), que se conoce como caloría grande y es utilizada en nutrición.
1 kcal = 1000 cal
1 cal = 4,187 J
1 kcal = 1 000 cal = 4 187 J
El BTU (unidad térmica británica), es una medida para el calor muy usada en Estados Unidos de América y en muchos otros países de América. Se define como la cantidad de calor que se debe agregar a una libra de agua para aumentar su temperatura en un grado Fahrenheit’ y equivale a 252 calorías.
La calorimetría es la ciencia que se encarga de medir la cantidad de calor generada en ciertos procesos físicos o químicos.
El aparato que se encarga de medir esas cantidades es el calorímetro, el cual consta de un termómetro que está en contacto con el medio que está midiendo. Las paredes del calorímetro deben estar lo más aisladas posible ya que hay que evitar al máximo el intercambio de calor con el exterior. De lo contrario, las mediciones serán totalmente erróneas.
También hay una varilla como agitador para mezclar bien antes de comenzar a medir.
Básicamente hay dos tipos de calorímetros: los que trabajan a volumen constante y los de presión constante.
Componentes de un calorímetro
Cuando se trabaja a presión constante, el calor medido es igual al cambio en la energía interna del sistema menos el trabajo realizado:
Como la presión se mantiene constante, el calor medido representa el cambio de entalpía.
La entalpía es una magnitud termodinámica, simbolizada con la letra H mayúscula, cuya variación expresa una medida de la cantidad de energía absorbida o cedida por un sistema termodinámico, es decir, la cantidad de energía que un sistema intercambia con su entorno.
Recordemos que la temperatura se define como una magnitud escalar relacionada con la energía interna de un sistema termodinámico, es decir, la temperatura es la medida de la energía total del movimiento molecular en un cuerpo conocida como “energía cinética”.
Cuando la energía cinética de un sistema es mayor, se observa que éste se encuentra más «caliente»; es decir, que su temperatura es mayor.
Ahora bien, para medir la temperatura existen sistemas de medición llamados escalas de temperatura.
Las escalas de Celsius y de Fahrenheit son las más comunes. La escala de Kelvin es primordialmente usada en experimentos científicos.
Escala Celsius (°C) : esta escala divide el rango entre las temperaturas de congelación y de ebullición del agua en 100 partes iguales. A veces esta escala identificada como escala centígrada. Las temperaturas en la escala Celsius son conocidas como grados Celsius (ºC).
En esta escala, el cero (0 °C) y los cien (100 °C) grados corresponden respectivamente a los puntos de congelación y de ebullición del agua, ambos a la presión de 1 atmósfera.
°C = (°F − 32) × 5/9
Escala Fahrenheit (°F): La escala Fahrenheit fue establecida por el físico holandés-alemán Gabriel Daniel Fahrenheit, en 1724. Aun cuando muchos países están usando ya la escala Celsius, la escala Fahrenheit es ampliamente usada en los Estados Unidos. Esta escala divide la diferencia entre los puntos de fusión y de ebullición del agua en 180 intervalos iguales. Las temperaturas en la escala Fahrenheit son conocidas como grados Fahrenheit (ºF).
°F = °C × 9/5 + 32
Escala Kelvin (Tk) o temperatura absoluta: La escala de Kelvin lleva el nombre de William Thompson Kelvin, un físico británico que la diseñó en 1848. Prolonga la escala Celsius hasta el cero absoluto, una temperatura hipotética caracterizada por una ausencia completa de energía calórica. Las temperaturas en esta escala son llamadas Kelvins (K).
TK = °C + 273,15
Celsius °C Fahrenheit °F Kelvin K
Punto de congelación 0° 32° 273°
Punto de ebullición 100° 212° 373°
Comparación entre las principales escalas de temperatura
A veces hay que convertir la temperatura de una escala a otra. A continuación, encontrarás cómo hacer esto.
Para convertir de ºC a ºF use la fórmula: ºF = ºC x 1.8 + 32.
Para convertir de ºF a ºC use la fórmula: ºC = (ºF-32) ÷ 1.8.
Para convertir de K a ºC use la fórmula: ºC = K – 273.15
Para convertir de ºC a K use la fórmula: K = ºC + 273.15.
Para convertir de ºF a K use la fórmula: K = 5/9 (ºF – 32) + 273.15.
Para convertir de K a ºF use la fórmula: ºF = 1.8(K – 273.15) + 32.
Para concluir, verás un vídeo con una corta historia y descripción de cada escala vista anteriormente. (Tomado de Youtube. Canal «Ernesto De Frías»).
Recordemos que la temperatura se define como una magnitud escalar relacionada con la energía interna de un sistema termodinámico, es decir, la temperatura es la medida de la energía total del movimiento molecular en un cuerpo conocida como «energía cinética».
Cuando la energía cinética de un sistema es mayor, se observa que éste se encuentra más «caliente»; es decir, que su temperatura es mayor.
Ahora bien, para medir la energía cinética de dicho cuerpo o sistema, se utiliza un instrumento denominado termómetro.
Existen diversos tipos de termómetros entre los cuales tenemos los de mercurio, de lámina bimetálica, de gas, los pirómetros, entre otros. En América Latina, el termómetro de mercurio es ampliamente utilizado a pesa de sus efectos contaminantes; sin embargo, en los hospitale y clínicas se utilizan termómetros digitales.
Termómetro digital
Termómetro de mercurio
Todos los termómetros aprovechan el cambio de algunas propiedades físicas para poder medir la temperatura. Tales propiedades son: el cambio de volumen de un líquido, el cambio de longitud de un sólido, el cambio de presión de un gas a volumen contante, el cambio de volumen de un gas a presión constante, el cambio de la resistencia eléctrica de un conductor y el cambio de color del objeto o cuerpo al cual se le mide la temperatura.
A continuación, puedes ver un vídeo que incluye una breve reseña histórica del termómetro y sus principales tipos. (Tomado del canal de Youtube «TVCuatro Guanajato»).
En general, sabemos que cuando calentamos un objeto su temperatura aumenta. A menudo pensamos que calor y temperatura son lo mismo pero esto no es así. El calor y la temperatura son aspectos relacionados entre sí, pero sus definiciones son diferentes.
Debemos saber que el calor es la energía total del movimiento molecular en un cuerpo, mientras que la temperatura es la medida de dicha energía.
La cantidad de calordepende del número, tamaño y tipo de partículas que posee un cuerpo mientras que la temperatura no depende del tamaño, ni del número ni del tipo de partículas sino de la energía cinética de las moléculas de aquel cuerpo.
La temperatura no es energía sino una medida de ella; en cambio, el calor sí es energía: energía térmica.
Al aplicar calor, sube la temperatura.
Por ejemplo, si ponemos a hervir agua en dos recipientes, la temperatura alcanzada es la misma para los dos (100° C) pero el que tiene más agua tiene mayor cantidad de calor.
Igual temperatura, diferente cantidad de calor.
A continuación, podrás ver un vídeo donde se explica la diferencia entre las definiciones de «calor» y «temperatura». (Tomado del canal de Youtube «Alberto Sarcos»).
El calor 