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su presión varía. La variación de alguna de estas propiedades suele servir como base parauna escala numérica precisa de te...
cada grado de temperatura equivale a un grado en la escala Fahrenheit. En la escalaRankine, el punto de congelación del ag...
El cambio de temperatura de una sustancia conlleva una serie de cambios físicos. Casi todaslas sustancias aumentan de volu...
La cantidad de calor necesaria para aumentar en un grado la temperatura de una unidad demasa de una sustancia se conoce co...
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  1. 1. Calor1 INTRODUCCIÓNPérdidas de calor en una viviendaEsta imagen de colores falsos muestra el calor que se escapa de una vivienda en forma de rayosinfrarrojos. Las zonas negras son las que menos calor irradian, mientras que las blancas (que coincidencon las ventanas) son las que más calor pierden.NASA/Science Source/Photo Researchers, Inc.Calor, en física, transferencia de energía de una parte a otra de un cuerpo, o entre diferentescuerpos, en virtud de una diferencia de temperatura. El calor es energía en tránsito; siemprefluye de una zona de mayor temperatura a una zona de menor temperatura, con lo queeleva la temperatura de la segunda y reduce la de la primera, siempre que el volumen de loscuerpos se mantenga constante. La energía no fluye desde un objeto de temperatura baja aun objeto de temperatura alta si no se realiza trabajo.James Prescott JouleEl físico británico James Prescott Joule centró sus investigaciones en los campos de la ele ctricidad y latermodinámica. Demostró que el calor es una transferencia de energía y determinó el equivalentemecánico del calor.Science Photo Library/Photo Researchers, Inc.
  2. 2. Hasta principios del siglo XIX, el efecto del calor sobre la temperatura de un cuerpo seexplicaba postulando la existencia de una sustancia o forma de materia invisible,denominada calórico. Según la teoría del calórico, un cuerpo de temperatura alta contienemás calórico que otro de temperatura baja; el primero cede parte del calórico al segundo alponerse en contacto ambos cuerpos, con lo que aumenta la temperatura de dicho cuerpo ydisminuye la suya propia. Aunque la teoría del calórico explicaba algunos fenómenos de latransferencia de calor, las pruebas experimentales presentadas por el físico británicoBenjamin Thompson en 1798 y por el químico británico Humphry Davy en 1799 sugerían queel calor, igual que el trabajo, corresponde a energía en tránsito (proceso de intercambio deenergía). Entre 1840 y 1849, el físico británico James Prescott Joule, en una serie deexperimentos muy precisos, demostró de forma concluyente que el calor es unatransferencia de energía y que puede causar los mismos cambios en un cuerpo que eltrabajo.2 TEMPERATURAFlujo de calor entre dos gasesDos gases idénticos a temperaturas diferentes están separados por una barrera aislante. El gas máscaliente contiene moléculas con mayor energía cinética media que las moléculas del gas más frío.Cuando se juntan los gases, la mezcla alcanza una temperatura de equilibrio situada entre las dostemperaturas iniciales. El calor fluye del gas más caliente al más frío hasta que la energía cinética mediade sus respectivas moléculas se iguala.© Microsoft Corporation. Reservados todos los derechos.La sensación de calor o frío al tocar una sustancia depende de su temperatura, de lacapacidad de la sustancia para conducir el calor y de otros factores. Aunque, si se procedecon cuidado, es posible comparar las temperaturas relativas de dos sustancias mediante eltacto, es imposible evaluar la magnitud absoluta de las temperaturas a partir de reaccionessubjetivas. Cuando se aporta calor a una sustancia, no sólo se eleva su temperatura, con loque proporciona una mayor sensación de calor, sino que se producen alteraciones en variaspropiedades físicas que se pueden medir con precisión. Al variar la temperatura, lassustancias se dilatan o se contraen, su resistencia eléctrica cambia y, en el caso de un gas,
  3. 3. su presión varía. La variación de alguna de estas propiedades suele servir como base parauna escala numérica precisa de temperaturas (ver más adelante).La temperatura depende de la energía cinética media (o promedio) de las moléculas de unasustancia; según la teoría cinética (véase Gas; Termodinámica), la energía puedecorresponder a movimientos rotacionales, vibracionales y traslacionales de las partículas deuna sustancia. La temperatura, sin embargo, sólo depende del movimiento de traslación delas moléculas. En teoría, las moléculas de una sustancia no presentarían actividadtraslacional alguna a la temperatura denominada cero absoluto. Véase Molécula.3 ESCALAS DE TEMPERATURAEscalas de temperaturaComparación de las escalas de temperatura Kelvin, Celsius y Fahrenheit.© Microsoft Corporation. Reservados todos los derechos.En la actualidad se emplean diferentes escalas de temperatura; entre ellas están la escalaCelsius —también conocida como escala centígrada—, la escala Fahrenheit, la escala Kelvin,la escala Rankine o la escala termodinámica internacional (véase Termómetro). En la escalaCelsius, el punto de congelación del agua equivale a 0 °C y su punto de ebullición a 100 °C.Esta escala se utiliza en todo el mundo, en particular en el trabajo científico. La escalaFahrenheit se emplea en los países anglosajones para medidas no científicas y en ella elpunto de congelación del agua se define como 32 °F y su punto de ebullición como 212 °F.En la escala Kelvin, la escala termodinámica de temperaturas más empleada, el cero sedefine como el cero absoluto de temperatura, es decir, -273,15 °C. La magnitud de suunidad, llamada kelvin y simbolizada por K, se define como igual a un grado Celsius. Otraescala que emplea el cero absoluto como punto más bajo es la escala Rankine, en la que
  4. 4. cada grado de temperatura equivale a un grado en la escala Fahrenheit. En la escalaRankine, el punto de congelación del agua equivale a 492 °R y su punto de ebullición a672 °R.En 1933, científicos de treinta y una naciones adoptaron una nueva escala internacional detemperaturas, con puntos fijos de temperatura adicionales basados en la escala Kelvin y enprincipios termodinámicos. La escala internacional emplea como patrón un termómetro deresistencia de platino (cable de platino) para temperaturas entre -190 °C y 660 °C. Desdelos 660 °C hasta el punto de fusión del oro (1.064 °C) se emplea un termopar patrón: lostermopares son dispositivos que miden la temperatura a partir de la tensión producida entredos alambres de metales diferentes (véase Termoelectricidad). Más allá del punto de fusióndel oro las temperaturas se miden mediante el llamado pirómetro óptico, que se basa en laintensidad de la luz de una frecuencia determinada que emite un cuerpo caliente.En 1954, un acuerdo internacional adoptó el punto triple del agua —es decir, el punto en quelas tres fases del agua (vapor, líquido y sólido) están en equilibrio— como referencia para latemperatura de 273,16 K. El punto triple se puede determinar con mayor precisión que elpunto de congelación, por lo que supone un punto fijo más satisfactorio para la escalatermodinámica. En criogenia, o investigación de bajas temperaturas, se han obtenidotemperaturas de tan sólo 0,00001 K mediante la desmagnetización de sustanciasparamagnéticas. En las explosiones nucleares (véase Armas nucleares) se han alcanzadomomentáneamente temperaturas evaluadas en más de 100 millones de kelvins.4 UNIDADES DE CALOREn las ciencias físicas, la cantidad de calor se expresa en las mismas unidades que la energíay el trabajo, es decir, en julios. Otra unidad es la caloría, definida como la cantidad de calornecesaria para elevar la temperatura de 1 gramo de agua a 1 atmósfera de presión desde 15hasta 16 °C. Esta unidad se denomina a veces caloría pequeña o caloría gramo paradistinguirla de la caloría grande, o kilocaloría, que equivale a 1.000 calorías y se emplea ennutrición. La energía mecánica se puede convertir en calor a través del rozamiento, y eltrabajo mecánico necesario para producir 1 caloría se conoce como equivalente mecánico delcalor. A una caloría le corresponden 4,1855 julios. Según la ley de conservación de laenergía, todo el trabajo mecánico realizado para producir calor por rozamiento aparece enforma de energía en los objetos sobre los que se realiza el trabajo. Joule fue el primero endemostrarlo de forma fehaciente en un experimento clásico: calentó agua en un recipientecerrado haciendo girar unas ruedas de paletas y halló que el aumento de temperatura delagua era proporcional al trabajo realizado para mover las ruedas.Cuando el calor se convierte en energía mecánica, como en un motor de combustión interna,la ley de conservación de la energía también es válida. Sin embargo, siempre se pierde odisipa energía en forma de calor porque ningún motor tiene una eficiencia perfecta. VéaseCaballo de vapor.5 CALOR LATENTE
  5. 5. El cambio de temperatura de una sustancia conlleva una serie de cambios físicos. Casi todaslas sustancias aumentan de volumen al calentarse y se contraen al enfriarse. Elcomportamiento del agua entre 0 y 4 °C constituye una importante excepción a esta regla(véase Hielo). Se denomina fase de una sustancia a su estado, que puede ser sólido, líquidoo gaseoso. Los cambios de fase en sustancias puras tienen lugar a temperaturas y presionesdefinidas (véase Regla de las fases). El paso de sólido a gas se denomina sublimación, desólido a líquido fusión, y de líquido a vapor vaporización. Si la presión es constante, estosprocesos tienen lugar a una temperatura constante. La cantidad de calor necesaria paraproducir un cambio de fase se llama calor latente; existen calores latentes de sublimación,fusión y vaporización (véase Destilación; Evaporación). Si se hierve agua en un recipienteabierto a la presión de 1 atmósfera, la temperatura no aumenta por encima de los 100 °Cpor mucho calor que se suministre. El calor que se absorbe sin cambiar la temperatura delagua es el calor latente; no se pierde, sino que se emplea en transformar el agua en vapor yse almacena como energía en el vapor. Cuando el vapor se condensa para formar agua, estaenergía vuelve a liberarse (véase Condensación). Del mismo modo, si se calienta una mezclade hielo y agua, su temperatura no cambia hasta que se funde todo el hielo. El calor latenteabsorbido se emplea para vencer las fuerzas que mantienen unidas las partículas de hielo, yse almacena como energía en el agua. Para fundir 1 kg de hielo se necesitan 19.000 julios, ypara convertir 1 kg de agua en vapor a 100 °C, hacen falta 129.000 julios.6 CALOR ESPECÍFICOCalor y temperaturaLa gráfica representa el cambio de temperatura que se produce al suministrar calor al agua (a 1atmósfera de presión). A 0 °C y 100 °C se le puede suministrar calor sin cambiar su temperatura. Este‘calor latente’ rompe los enlaces que mantienen unidas las moléculas, pero no aumenta su energíacinética. Para vaporizar un gramo de agua hace falta aproximadamente siete veces más calor que parafundirlo. Esa diferencia se refleja en las distintas longitudes de las partes horizontales de la gráfica. Laspendientes de las líneas inclinadas representan el número de grados de aumento de temperatura porcada julio de calor suministrado a un gramo de agua. El calor específico del agua es de 4.185,5 juliospor kilogramo y grado, es decir, hacen falta 4.185,5 julios de energía para aumentar en un grado latemperatura de un kilogramo de agua.© Microsoft Corporation. Reservados todos los derechos.
  6. 6. La cantidad de calor necesaria para aumentar en un grado la temperatura de una unidad demasa de una sustancia se conoce como calor específico. Si el calentamiento se producemanteniendo constante el volumen de la sustancia o su presión, se habla de calor específicoa volumen constante o a presión constante. En todas las sustancias, el primero siempre esmenor o igual que el segundo. El calor específico del agua a 15 °C es de 4.185,5 julios porkilogramo y grado Celsius. En el caso del agua y de otras sustancias prácticamenteincompresibles, no es necesario distinguir entre los calores específicos a volumen constantey presión constante ya que son aproximadamente iguales. Generalmente, los dos caloresespecíficos de una sustancia dependen de la temperatura.Véase también Calorimetría.7 TRANSFERENCIA DE CALORTransferencia de calorEl calor puede transferirse de tres formas: por conducción, por convección y por radiación. Laconducción es la transferencia de calor a través de un objeto sólido: es lo que hace que el asa de unatizador se caliente aunque sólo la punta esté en el fuego. La convección transfiere calor por elintercambio de moléculas frías y calientes: es la causa de que el agua de una tetera se calienteuniformemente aunque sólo su parte inferior esté en contacto con la llama. La radiación es latransferencia de calor por radiación electromagnética (generalmente infrarroja): es el principalmecanismo por el que un fuego calienta la habitación.© Microsoft Corporation. Reservados todos los derechos.Los procesos físicos por los que se produce la transferencia de calor son la conducción y laradiación. Un tercer proceso, que también implica el movimiento de materia, se denominaconvección. La conducción requiere contacto físico entre los cuerpos —o las partes de uncuerpo— que intercambian calor, pero en la radiación no hace falta que los cuerpos estén encontacto ni que haya materia entre ellos. La convección se produce a través del movimientode un líquido o un gas en contacto con un cuerpo de temperatura diferente.Microsoft ® Encarta ® 2009. © 1993--2008 Microsoft Corporation. Reservados todos losderechos.

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