Conceptos de calor y temperatura

INTRODUCCION

En muchas ocasiones hemos expresado que tenemos “calor”, cuando sentimos que el sol resplandece con gran intensidad, y produce por tanto un calentamiento en nuestro cuerpo y en el ambiente, así, cuando medimos la temperatura está muy alta, pero alguna vez nos hemos preguntado ¿por que existe esta relación?, o si ¿la temperatura tiene algo que ver con el calor?, puesto que, no son los mismo, y es completamente erróneo expresar que la temperatura mide la cantidad de calor.

Esto no es algo extra normal, pues dentro del campo científico es también, algo complicado tratar de explicar cómo se comporta el calor y la relación que tiene con la temperatura, tanto así, que también han hecho afirmación con un gran margen de error.

Debido a ello, hemos de considerar también que lo que “engorda”, es el exceso de calorías, mientras que estas, son la unidad para medir la cantidad de calor. Algunos otros rematan este error al decir también que una persona con fiebre, tiene un exceso de calor. Por ello, y para tratar de entender mejor el concepto del funcionamiento del calor y la temperatura en nuestro entorno, realizaremos algunos experimentos…

Se pondrá a trabajar un hornillo eléctrico, de potencia en vatios conocida (un vatio es un julio cada segundo), suministrará energía eléctrica a un recipiente con agua. Supondremos que el sistema está aislado convenientemente, de forma que toda la energía del hornillo se emplea en calentar el agua, considerando despreciable la que se utilice en el aire y el propio recipiente, y se medirá la temperatura y el tiempo en que se realice.

Se hará el experimento de Joule para determinar el equivalente mecánico de calor. Los bloques que caen hacen rotar las aspas, provocando que la temperatura de agua se incremente.

Se medirá la temperatura del agua y el tiempo en que se adquiera esta.

OBJETIVOS DE LOS EXPERIMENTOS

Entender y diferenciar los conceptos de calor y temperatura.

Comprender como se mide el calor.

Como se comportan los materiales con el calor y la temperatura.

Conocer el equivalente mecánico del calor

Conocer la transformación del calor y el trabajo mecánico.

MARCO TEÓRICO

A comienzos del siglo XIX la gente estaba interesada en mejorar la eficiencia de las máquinas de vapor y de los cañones. Un hecho evidente era que después de algunos disparos los cañones se recalentaban hasta tal punto que se volvían inservibles. Esto llevó a la observación que debía existir una conexión entre las fuerzas mecánicas y químicas involucradas en el disparo y el "calórico" como se llamaba el calor en esa época.

James Prescott Joule (1818-1889), fue un físico inglés autor de importantes trabajos sobre la teoría mecánica del calor, a mediados del siglo XIX. Demostró que cierta variación de temperatura indica un cambio de energía interna y que se pierde determinada cantidad de energía mecánica, es decir, que el llamado equivalente mecánico del calor, es la relación numérica entre la energía térmica (calor) y la mecánica (trabajo).

El calor es transferencia de energía debido a diferencias de temperatura. En este contexto se introduce la caloría:

Una caloría es el calor que se necesita transferir a un gramo de agua, para cambiar su temperatura 1 grado.

De acuerdo a sus experimentos James encontró que por cada Joule de trabajo, se produce 0.2 calorías, y cuando una energía calorífica se transforma se obtiene un trabajo de 4.2 J.

El equivalente mecánico del calor es representado por las equivalencias anteriores que indican la cantidad de energía mecánica que se transforma o disipa en forma de calor.

Para realizar estos experimentos, se tuvo también, que considerar aspectos externos, esto es mejor conocido como:

Calor específico: que es la energía necesaria que la unidad de masa de un cuerpo ha de intercambiar con el entorno para variar su temperatura en un grado; sus unidades son J/kg ºC en el Sistema Internacional, aunque en el laboratorio es muy frecuente emplear la caloría/g ºC, donde la caloría es el calor necesario para que un gramo de agua aumente un grado su temperatura.

Aunque la caloría es una unidad muy práctica porque permite medir calor por su efecto térmico sobre el agua y resulta fácil de medir, esta unidad de medida tiene el defecto de ser diferente a las que utilizamos en el resto de la Física para medir cualquier incremento de energía.

Esto, y muchas otros descubrimientos más dan origen a la termodinámica quien para tener un mayor manejo se especifica que calor significa «energía en tránsito» y dinámica se refiere al «movimiento», por lo que, en esencia, la termodinámica estudia la circulación de la energía y cómo la energía infunde movimiento.

Como ciencia fenomenológica, la termodinámica no se ocupa de ofrecer una interpretación física de sus magnitudes. La primera de ellas, la energía interna, se acepta como una manifestación macroscópica de las leyes de conservación de la energía a nivel microscópico, que permite caracterizar el estado energético del sistema macroscópico. El punto de partida para la mayor parte de las consideraciones termodinámicas son los principios de la termodinámica, que postulan que la energía puede ser intercambiada entre sistemas en forma de calor o trabajo, y que sólo puede hacerse de una determinada manera.

En pocas palabras, la Termodinámica es el fenómeno que tienen los cuerpos que se encuentran en los estados líquido, sólido, y gaseoso cuando sufren un cambio de temperatura interna. Esta dilatación se puede dar lineal, superficial, y volumétricamente. Normalmente los sólidos se dilatan lineal o superficialmente.

HIPÓTESIS

Los experimentos que se realizarán constaran en :

Aplicar energía eléctrica en forma de calor a un hornillo y determinar lo que sucede con el agua que esta sobre el.

Poner 2 pesas de tal manera que se agite el agua que está dentro de un contenedor y observar lo que pasa con ella.

Así que, lo que pensamos pueda ocurrir al medir el tiempo y la temperatura en ambas ocasiones, es que el agua se calentara de manera proporcional

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