Energía y calor "Chispitas"
La energía y el calor están relacionados conjuntamente para poder comprender diversos movimientos e incluso el funcionamiento de procesos naturales y tecnológicos que se observan en la vida cotidiana.
¿Qué es el calor?
El calor es una forma de
energía que se transfiere de manera espontánea entre distintas zonas de un
cuerpo o bien, desde un cuerpo hacia otro.
En termodinámica, “calor”
significa “transferencia de energía”. Esta transferencia siempre tiene una
dirección definida por la diferencia de temperatura entre los cuerpos. El calor
fluye del cuerpo más caliente al más frío, de manera de llegar a una temperatura
de equilibrio.
El calor se puede transmitir
de tres formas diferentes:
- Radiación térmica. El calor se propaga a través de ondas electromagnéticas. Todos los cuerpos emiten calor de esta forma, a menos que estén a una temperatura igual al cero absoluto, 0 Kelvin. Por ejemplo, la luz del sol, el calor de una fogata o una estufa.
- Conducción térmica. El calor se transmite por la agitación de las moléculas, lo que provoca que la temperatura incremente, por ejemplo, la plancha sobre la ropa, un sartén en una estufa.
- Convección térmica. El calor se transfiere por medio del movimiento de un fluido, como puede ser un gas y un líquido. Por ejemplo, al calentar agua en una olla, el agua caliente cerca de la base sube y el agua fría de la superficie baja y ocupa el lugar que dejó el agua caliente en la base, creando así corrientes de convicción.
¡Este video te puede ayudar!
https://youtu.be/RCjWgqyNguw?si=E6xXLsDBqFDC1Lik
Unidades de calor
Como el calor es transferencia
de energía, puede ser medido como ganancia o pérdida de energía. Por eso, se lo
puede medir con la misma unidad que a cualquier otro tipo de energía: el joule
(que, además del calor, sirve para medir trabajo y energía).
Para medir el calor, se usan
dos unidades más:
- Caloría: Su abreviación es “cal” y representa la cantidad de energía que se necesita para incrementar 1 gramo de agua en 1° C.
- Kilocaloría: Se abrevia kcal y representa la energía que se precisa para elevar 1 kilogramo de agua en 1° C.
Tipos de calor.
Se pueden identificar distintos tipos de calor:
- Latente: Es la energía necesaria para modificar la fase de determinado volumen de una sustancia, es decir, su estado (sólido, líquido o gaseoso). En el cambio de estado de sólido a líquido, el calor latente se denomina de fusión. En el cambio de estado de líquido a gaseoso, el calor latente se llama calor de vaporización. Estas transiciones se dan sin cambios de temperatura.
- Sensible: Es el calor que genera una modificación en la temperatura del cuerpo que lo percibe pero que no interfiere en su estructura molecular ni produce cambios de fase. Por ejemplo, calentar agua en una olla, al momento que el agua hierve la temperatura del agua aumenta, pero no hay un cambio de fase (no cambia su estado de agregación)
- Seco: Consiste en un método térmico de esterilización que genera en los microorganismos que conforman al cuerpo un efecto similar al horneado. Tomando este ejemplo, el aire caliente circula dentro del horno y transfiere el calor a los alimentos a través de la convección, sin necesidad de que haya humedad en el ambiente.
- Específico: Se trata de la cantidad de calor necesaria para incrementar en un grado la temperatura de un gramo de masa de un compuesto. Por ejemplo, el agua tiene un gran calor especifico, necesita una gran cantidad de energía para poder elevar la temperatura de un gramo de agua a un grado Celsius, por esta gran cantidad de calor especifico es que los océanos y lagos pueden absorber y liberar grandes cantidades de calor sin experimentar cambios drásticos en su temperatura, lo que proporciona un ambiente estable para los organismos que viven en ellos.
- Específico molar: Se trata de la cantidad de calor necesaria para incrementar en un grado la temperatura de un mol de masa de un compuesto. Por ejemplo, en el hielo, calentarlo hasta que cambie de fase y convertirlo en vapor de agua.
Calor y temperatura son dos
cosas distintas, aunque están estrechamente relacionadas entre sí. El calor es
transferencia de energía térmica que se transmite de un cuerpo que tiene mayor
temperatura a otro con menor temperatura. Mientras que la temperatura es la magnitud física que mide el estado térmico de un
cuerpo y la energía cinética de las moléculas que lo componen. Por ejemplo,
Imaginemos una olla grande de agua tibia y una taza pequeña de agua muy
caliente, la taza tiene una temperatura mas alta, pero la olla, al tener mas
agua, contiene mas calor en total, debido a que la energía térmica depende de
la cantidad de materia y su temperatura.
Se puede medir en tres escalas distintas: Kelvin, Celsius y Fahrenheit.
¿Qué es la energía?
La energía es la capacidad de una fuerza de
generar una acción o un trabajo. El término proviene del vocablo griego “enérgei”,
que significa “actividad”, y se usa en diversas áreas del conocimiento como son
la física y la química. Toda fuerza que realiza
un trabajo sobre un objeto provocará un cambio de energía en él.
Existe un principio
fundamental en física conocido como el principio de conservación de la energía,
la cual establece que la energía no puede crearse
ni destruirse, solo puede transformarte.
La energía también puede almacenarse para ser usada cuando se la
requiere. Por ejemplo las pilas o baterías son elementos que almacenan
energía química y la transforman en energía eléctrica. Incluso los seres vivos
almacenan energía a través de lo que conocemos como “grasa” (lípidos) o
azúcares. Mediante diversos procesos, el organismo transforma la energía
química de estas sustancias en otros tipos, como puede ser la energía calórica
necesaria para mantener la temperatura corporal.
Tipos de Energía
Energía cinética: Es la energía que poseen los cuerpos que están en movimiento, que tienen una velocidad. Si un objeto está quieto, su energía cinética es nula. Por ejemplo, una bicicleta o carro.
Energía potencial: Es la energía contenida en un sistema físico o en un objeto y que puede luego transformarse en otras formas de energía (como cinética, calórica, etc.). Es energía “en potencia”. Por ejemplo, al estirar una banda elástica o un resorte, al soltarlos su energía se transforma en energía cinética y estos vuelven a su forma original.
Energía eléctrica: Es la energía que existe en presencia de partículas cargadas eléctricamente. El tipo de partículas más común es el electrón, que produce a su alrededor un potencial eléctrico. Cuando otros electrones se mueven a través de este potencial, adquieren energía eléctrica. Lo que conocemos como corriente eléctrica es una gran cantidad de electrones moviéndose a través de una diferencia de potencial.
Energía magnética: Es la energía que generan las corrientes eléctricas y los materiales magnetizados (imanes).
Energía eólica: Es la energía producida por el empuje del viento.
Energía solar: Es la energía que emite el Sol en forma de radiación calórica y lumínica a través del espacio hacia los planetas del Sistema Solar. Por ejemplo, las plantas convierten esta energía en energía química mediante la fotosíntesis.
Energía atómica o nuclear: Es la energía que proviene de las fuerzas que mantienen unidas a las partículas subatómicas: las fuerzas nucleares fuertes y débiles. También se llama así a la energía eléctrica obtenida del calor liberado por las reacciones de fusión o fisión atómica en una central nuclear.
Energía química: Es la energía que interviene en las uniones atómicas y las reacciones a nivel molecular, indispensable para la vida, ya que mantiene en marcha el metabolismo de los seres vivos.
Energía calórica o térmica: Es la energía que se da con transferencias de energía causadas por las diferencias de temperatura. La temperatura, a su vez, es una medida de la energía cinética de las moléculas que componen un cuerpo.
Energía hidráulica: Es la energía que se obtiene del movimiento de grandes masas de agua, como pueden ser ríos, mareas o caídas de agua. Las represas eléctricas funcionan con energía hidráulica.
Energía luminosa: Es la energía electromagnética producida por ondas electromagnéticas en el rango visible (es decir, la luz).
Energía sonora: Es la energía que producen las ondas del sonido.
¿Cómo calculo el calor especifico?
El calor específico de una unidad de masa se denomina con la letra “c” y se define como la cantidad de calor que hay que aplicarle para elevar su temperatura.
La fórmula para calcular calor específico es Q=mcΔt.
Q = La cantidad de energía calorífica perdida o ganada (J)
m = La masa de la sustancia (kg)
c = La capacidad calorífica específica de la sustancia (J/kg•⁰C)
ΔT = El cambio de temperatura de la sustancia (°C)
Aquí mostramos videos de ejemplo:
En esta liga podrás estudiar más el tema, practicar ejercicios y ver su solución:
https://www.fisimat.com.mx/calor-especifico/#%F0%9F%93%83_Ejercicios_Para_Practicar_de_Calor_Espec%C3%ADficoNOTA: Primero resuélvelos tu y después confirma tu respuesta y procedimiento.
Para calcular el trabajo hecho por una fuerza constante, podemos usar la siguiente ecuación general:
Trabajo= Fuerza x desplazamiento
Aquí mostramos una página donde se encuentran varios ejemplos para hacer este cálculo de distintas maneras, así como más información sobre el tema:
https://es.khanacademy.org/science/ap-chemistry/thermodynamics-ap/internal-energy-tutorial-ap/a/pressure-volume-work#:~:text=Para%20calcular%20el%20trabajo%20hecho,trabajo%20%3D%20fuerza%20%C3%97%20desplazamiento%20%E2%80%8D%20Material extra
En algunos casos se necesitarán hacer conversiones de unidades para poder realizar estos cálculos. Aquí mostramos un documento con tablas de conversiones que te ayudaran en dicho trabajo: https://isp60scc-sfe.infd.edu.ar/sitio/wp-content/uploads/2022/03/Tablas-de-Conversion-de-Unidades.pdf
Así como también en ocasiones es necesario hacer despejes a las fórmulas, aquí dejamos un video que te puede ayudar en esto:
El siguiente video despeja una formula un poco más compleja, pero igual puede ayudar en este tema cuando dominas lo básico: https://vm.tiktok.com/ZMhQwSoGb/
Como viste es necesario también reforzar otros temas como son las operaciones contrarias, aquí mostramos más material de apoyo para que refuerces estas habilidades:
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