Energía y calor

LA ENERGÍA es la propiedad que tiene un cuerpo o sistema material para producir cambios en él mismo o en otros. Es una magnitud escalar y en el SI se mide en julios (J). La energía se intercambia entre cuerpos o sistemas materiales de dos formas:

  • de forma mecánica, cuando se realiza un trabajo
  • de forma térmica cuando se ponen en contacto dos cuerpos con distinta temperatura.

Ambos tipos de energía, CALOR y TRABAJO, son pues ENERGÍAS EN TRÁNSITO. Hablemos primero del CALOR.

DIFERENCIA ENTRE TEMPERATURA Y CALOR

Ya se ha dicho que el calor es la energía que se intercambia entre dos cuerpos que se encuentran a diferente temperatura. El calor de un cuerpo depende de la ENERGÍA INTERNA del mismo que, a su vez, depende de la cantidad de materia que tenga ese cuerpo (número de partículas y, por tanto de la masa), y de la energía cinética de cada una sus partículas. El calor se mide en Julios o calorías.

La temperatura, en cambio, es una magnitud que nos habla de esa energía interna que tienen los cuerpos. La temperatura se mide en kelvin en el SI, y también se puede medir en grados Celsius (ºC)  o Fahrenheit (ºF).

EFECTOS DEL CALOR

Los efectos del calor son tres:

  • aumento de temperatura
  • cambio de estado
  • cambio de tamaño (dilatación)

Cuando un cuerpo absorbe calor y cambia su temperatura, el valor que adquiere depende de la masa y del tipo de materia que lo forme.

TEORÍA CINÉTICA Y CAMBIOS DE ESTADO

La Teoría cinética nos permite explicar los distintos estados de agregación de la materia y sus características, así como los cambios de estado que tienen lugar al modificar la temperatura de un cuerpo material.

Vamos a representar los cambios de estado gráficamente:

teoria-cinetica-y-cambios-sde-estado

Tenemos un bloque de hielo a una temperatura inicial de -20ºC y empezamos a calentar. Al comunicarle energía en forma de calor, las partículas comienzan a vibrar y aumenta la energía interna del cuerpo que se traduce en un aumento de temperatura. A este calor se le llama CALOR ESPECÍFICO del hielo.

Cuando se alcanza la temperatura de 0ºC, temperatura de fusión del hielo, comienza a producirse un cambio de estado. Durante este proceso la temperatura no varía (tramo horizontal S-L), y el calor suministrado se emplea en separar las partículas de la materia para pasarlas a estado líquido. A este calor  se le llama CALOR LATENTE de fusión.

Cuando todo el hielo se ha transformado en agua líquida, ésta comienza a aumentar su temperatura (tramo inclinado L). De nuevo aumenta la energía interna de las partículas, que se muevan con mayor velocidad (tienen mayor energía cinética). A este calor se le llama CALOR  ESPECÍFICO del agua.

Cuando se alcanzan los 100ºC , temperatura de ebullición del agua, se produce de nuevo un cambio de estado (L-G), durante el cual la temperatura se mantiene constante. Todo el calor suministrado se emplea en producir el cambio de estado, separando aún más las partículas venciendo las fuerzas de atracción que existen en el estado líquido, y a este calor se le llama CALOR LATENTE de vaporización.

Cuando toda la sustancia está en estado gaseoso, el calor suministrado producirá de nuevo el efecto del aumento de la velocidad de las partículas, esta vez del estado gaseoso, y con ello un aumento de la temperatura.

Calor específico: cantidad de calor necesaria para aumentar la temperatura en un grado (centígrado o kelvin) la temperatura de un kilogramo de sustancia.

Calor latente: calor necesario para producir un cambio de estado en un kilogramo de sustancia.

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