CALOR Y TEMPERATURA

INTRODDUCCION

El concepto físico de temperatura es tan fundamental como las tres magnitudes fundamentales de la física - masa, longitud y tiempo. A través del estudio de problemas prácticos, como la creación de máquinas térmicas más eficientes, surgen teorías fundamentales de la física, incluyendo los conceptos de la teoría cuántica y las leyes de la termodinámica. La Segunda Ley, con su requerimiento de irreversibilidad, predice una inevitable evolución de otras formas de energía a calor.

Se pueden registrar eventos que cubren 18 órdenes de magnitud en el rango de temperatura, y se puede definir el límite de temperatura más bajo, el cero absoluto. Para poder cubrir todas las temperaturas en este enorme rango existen muchos tipos diferentes de termómetros y muchos campos distintos de investigación

Las más altas temperaturas que pueden lograrse sobre la Tierra (sólo sobrepasadas por las etapas tempranas del Bing Bang) ocurren en colisiones de partículas de alta energía, principalmente iones pesados, en los cuales pueden verse "bolas de fuego" a temperaturas de varios cientos de MeV (aproximadamente 10 a la 12 K). Estas bolas de fuego se van enfriando por expansión y emisión de partículas, particularmente piones, bastante similar a la radiación de cuerpos negros.

¿A QUE LLAMAMOS CALOR?

Es una de las diversas formas en que se manifiesta la energía en el universo. El calor es una forma de energía que tiene su origen en el movimiento de las moléculas de los cuerpos y que se desarrolla por el roce o choque entre las mismas, de tal manera que los fenómenos calóricos son causados por transformaciones de los distintos tipos de energía en energía calórica o por simple transmisión de esta.

El calor es la cantidad de energía que transfiere un cuerpo caliente a otro frío al ponerlos en contacto.

Un cuerpo posee cierta temperatura y, por tanto, cierta energía interna, pero no posee calor.

Los cuerpos pierden o ganan energía.

Relación entre temperatura y calor:

La relación es que la temperatura mide la concentración de energía o de velocidad promedio de las partículas y el calor energía térmica en tránsito. Para una mejor explicación de esta relación lo mostraremos con un ejemplo: si ponemos un recipiente con agua representa la cantidad de calor que un cuerpo sede o absorbe en un instante dado, el nivel que esta alcanza representa su temperatura. Si la cantidad de agua, sube el nivel, esto es, si aumenta la cantidad de calor que posee el cuerpo, aumenta también su temperatura. Otro ejemplo se nota cuando encendemos un fósforo, se logra una alta temperatura pero bajo contenido calórico. Una olla con 10 litros de agua tibia tiene baja temperatura y un gran contenido calórico.

¿QUE ES LA TEMPERATURA?

Mide la concentración de energía y es aquella propiedad física que permite asegurar si dos o más sistemas están o no en equilibrio térmico (cuando dos cuerpos están a la misma temperatura), esto quiere decir que la temperatura es la magnitud física que mide lo caliente o frío que se encuentra un objeto. La temperatura se mide en unidades llamadas grados por medio de los termómetros, esto se refiere que para medir la temperatura utilizamos una de las magnitudes que sufre variaciones linealmente a medida que se altera la temperatura. Temperatura es el promedio de la energía cinética de las moléculas de un cuerpo.

La temperatura es una característica propia de los cuerpos, como son la masa o el volumen. La temperatura es una magnitud física fundamental, como lo son el espacio, el tiempo y la masa. Baste decir que la temperatura es lo que mide un termómetro.

ESCALAS DE TEMPERATURA

Equilibrio Térmico:

El concepto de equilibrio térmico es básico al momento de clasificar las temperaturas. Sabemos que si dos cuerpos M1 y M2 que están a temperaturas diferentes entre sí se ponen en contacto, fluirá calor desde el cuerpo más caliente al cuerpo más frío. Después de un tiempo suficiente, ambos estarán en equilibrio térmico entre sí. Es decir estarán a la misma temperatura

Esta proposición se conoce a veces como el Principio Cero de la Termodinámica. Permite de hecho el establecer escalas de temperaturas y hacer termómetros. En efecto, si A es el cuerpo termométrico y lo hemos calibrado poniéndolo en equilibrio térmico con una sucesión de cuerpos B1 a Bn que están a diferentes temperaturas T1aTn, entonces podemos usar A para medir temperaturas en ese rango.

Escala Empírica de Temperaturas:

El principio anterior permite establecer la llamada "escala empírica de temperaturas". Para establecerla se debe tener:

Un cuerpo Termométrico: es decir un cuerpo en que alguna propiedad varíe en forma continua y medible con la temperatura.

Un punto de partida: un origen, fácilmente reproducible, desde donde partirá nuestra escala (en buenas cuentas el cero).

Una unidad: es decir la magnitud que queremos asociar a un grado de temperatura.

Cuerpo Termométrico:

Para la escala empírica el cuerpo termométrico que se define es el termómetro a gas perfecto a volumen constante. Este termómetro se basa en medir la presión de un volumen fijo de un gas a medida que varía su temperatura.

Parece curioso emplear (de verdad) un termómetro basado en un gas ideal. Sin embargo existen una serie de buenas razones que sustentan esta elección. En particular:

Alto coeficiente de dilatación de los gases: un gas tiene un coeficiente de dilatación del orden de 1/273 por ºC de aumento de temperatura. Por lo tanto se pueden tener señales significativas para variaciones pequeñas de temperatura.

Comportamiento real de los gases: los gases reales de bajo peso molecular tienen un comportamiento muy similar a un gas perfecto para presiones no muy elevadas y un amplio rango de temperaturas.

La base física del termómetro de gas a volumen constante es que la presión es una función que crece linealmente con la temperatura.

Si bien desde el punto de vista teórico el termómetro de gas es el mejor, no es tan sencillo definirlo así en la práctica. Así que el patrón secundario que normalmente se emplea es el termómetro de resistencia de platino.

Punto de Partida:

Toda

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