Calor

El Calor es la energía calorífica que se transfiere de los cuerpos que están a mayor temperatura a los de menor temperatura, hasta que los cuerpos tienen la misma temperatura.

Cuando dos objetos con temperaturas diferentes se ponen en contacto se transfieren energía de uno a otro. La energía calorífica se transferirá hasta que el sistema alcance una condición estable llamada Equilibrio Térmico, entonces ya no se le denomina calor y se interpreta como Energía interna del cuerpo o sustancia de la que se trate.

La dirección del flujo de calor entre dos objetos depende de sus temperaturas, y no de cuánta Energía interna tenga cada uno.

Las Temperaturas se van a medir en cualquiera de las cuatro Escalas:

Escalas para medir la el calor en el Sistema Internacional (SI):

Celsius o Centígrada (°C): coloca el punto de congelación del agua a 0°C y el punto de ebullición del agua a 100°C.

Kelvin (K): Determina el cero absoluto (0 K) a -273.15°C. A 273.15 K se encuentra el valor 0°C.

En el Sistema inglés:

Fahrenheit (°F): ubica el punto de congelación del agua a 32°F, y cada brinco de °F a un °F superior corresponde a una longitud de 1.8°C.

Rankine (R): Es la escala absoluta del sistema inglés. Coloca el cero absoluto a -459.67 R.  

Unidades para medir el Calor

El Calor es una Forma de Energía, llamada Energía Calorífica, por lo tanto, las unidades para medir calor son las mismas del trabajo mecánico y de la energía:

En el Sistema internacional de Unidades (SI):

Joule (J) = Newton-metro (N*m)

Se ha utilizado también para medir calor la Caloría y el BTU.

Caloría (cal): Es la cantidad de calor aplicado a un gramo de agua para elevar su temperatura 1°C, de 14.5°C a 15.5°C. Se utiliza también su múltiplo Kilocaloria (Kcal), y equivale a 1000 calorías.

British Thermal Unit (BTU): Esta unidad es usada en el Sistema inglés. Es la cantidad de calor aplicada a una libra de agua (454 gramos) para que eleve su temperatura un grado Fahrenheit (1°F).

Equivalencias entre las Unidades:

 1 BTU = 252 calorías = 0.252 Kilocalorías

1 Joule = 0.24 caloría

1 caloría = 4.18 Joule

Mecanismos de Transferencia de Calor

Como el Calor o la Energía Calorífica siempre se propaga de los cuerpos más calientes a los más fríos, cuando estén varios cuerpos en contacto y unos estén más calientes que otros, todos tenderán a alcanzar la misma temperatura y el calor se propagará de un punto a otro. El calor se propaga de tres formas diferentes:

1.- Conducción

2.- Convección

3.- Radiación

Conducción

La conducción es el proceso mediante el cual se transfiere energía calorífica o térmica a través de un cuerpo sólido, mediante el choque entre moléculas.

La mayoría de los metales son eficientes conductores de calor, en general un buen conductor de la electricidad también es eficiente conductor del calor. Los materiales que no son buenos conductores del calor son llamados también aislantes; por ejemplo: el corcho, la lana, el vidrio, la madera, el aire, el papel.

En el vacío no se propaga el calor por conducción, por eso los termos que son utilizados para conservar los líquidos calientes o fríos son construidos con dos paredes entre las cuales existe un alto vacío que evita la transmisión de calor por conducción, con las mismas bases que el termo también son construidas las ventanas de doble vidrio.

Convección:

La convección es el proceso por el cual el calor es transferido por medio del movimiento real de la masa de un medio material, es decir por el movimiento de la sustancia caliente. En los líquidos y gases el calor se propaga por convección. Las moléculas calientes de un líquido o de un gas tienen tendencia a elevarse, mientras que las moléculas frías tienden a descender.

Así se forman las corrientes de convección, que ayudan a transportar el calor a todas partes. Se pueden observar estas corrientes en un recipiente de agua que está calentando echando un poco de aserrín en él, para volverlas visibles.

Cuando un fluido es obligado a moverse por la acción de una bomba o unas aspas, la corriente producida se conoce como Convección Forzada. Muchas casas se calientan por medio de ventiladores para forzar el aire caliente a desplazarse desde un horno hasta las habitaciones.

Cuando el movimiento de un fluido es causado por una diferencia de densidades, que acompaña un cambio en la temperatura, la corriente producida se conoce como Convección Natural. Los vientos son corrientes de convección natural del aire atmosférico, debido a las diferencias de temperatura y densidad que se producen en la atmósfera.

Radiación:

La Radiación es la propagación del calor por medio de ondas electromagnéticas emitidas por un sólido, un líquido o un gas, en virtud de su temperatura. Los rayos gamma, rayos X, ondas de luz, rayos infrarrojos, ondas de radio y ondas de radar son ejemplos de ondas electromagnéticas.

Cuando la radiación de un cuerpo caliente llega a un objeto, una parte se absorbe y otra se refleja. Los colores oscuros son los que absorben más las radiaciones y los claros, como el blanco, los reflejan.

Ejemplos de Calor:

Cuando nos ponemos una prenda abrigadora, el cuerpo sigue emitiendo su energía calorífica al exterior, pero la prenda la conserva sobre la piel.

Cuando se vierte agua a temperatura ambiente sobre un hielo.

Cuando el viento fresco tiene contacto con el cuerpo recién ejercitado.

Si la sopa caliente se añade a un plato que tiene una cuchara fría, el calor lo recibe el metal de la cuchara.

Al agregar hielos a una bebida hirviendo, los hielos recibirán una fracción del calor de la bebida.

El vapor calefactor de los evaporadores industriales transfiere su calor a través de la pared de la tubería calefactora.

Los condensadores reciben vapores a alta temperatura. Hacen circular agua fresca por sus tuberías internas. El vapor se vuelve líquido.

La energía calorífica que recibimos del Sol incide sobre el planeta, que está a menor temperatura.

Una varilla metálica que se posa sobre una llama se va calentando. El calor se conduce a lo largo de toda la barra.

En un hervidor, el agua contenida en un depósito se va calentando gracias a un piloto encendido.