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Desde tiempos remotos los seres humanos han utilizado el fuego y por consiguiente el calentamiento para producir cambios sobre los sistemas, utilizaron el fuego para cocinar los alimentos, para fundir los metales y construir instrumentos. Posteriormente utilizó el fuego para realizar trabajo con ayuda de las máquinas de vapor y las turbinas de vapor.

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El calentamiento conduce en general a un aumento de la energía interna de los cuerpos. Es un modo de variar la energía interna de los cuerpos sin aplicar fuerzas sobre ellos.

El calor siempre se propaga de los cuerpos (o las partes de un mismo cuerpo) de mayor temperatura a las de menor. De ahí que lo que sucede realmente, al verter agua en un recipiente que contiene hielo, es que el agua calienta al hielo y no que el hielo enfría al agua, como habitualmente decimos.

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La energía interna de un cuerpo no depende ni del movimiento de este, ni de la posición con relación a otros cuerpos. Este tipo de energía está relacionada con la energía del movimiento y de interacción de las partículas de las que consta el cuerpo. La energía interna de un cuerpo no es constante: en un mismo cuerpo ella puede variar

Figura (a) Al elevar la temperatura del cuerpo, la energía interna de este crece, ya que aumenta la velocidad media y por lo tanto la energía cinética de las partículas que componen tanto a la olla como a su contenido.

El movimiento caótico de las partículas que componen a los cuerpos recibe el nombre de movimiento térmico. Los fenómenos térmicos son una manifestación del constante movimiento de las partículas. Mientras mayor es la temperatura de un cuerpo mayor es la velocidad de las partículas que lo componen. Cuando ponemos en contacto dos cuerpos que tienen diferentes temperaturas, la temperatura de uno disminuye:

– lo cual significa que sus partículas se mueven más lentamente que antes- y las del otro aumenta, lo que indica que sus partículas se mueven más rápidamente que antes. Por tal motivo podemos suponer que lo que se transmite durante el calentamiento es el movimiento de las partículas. De lo anterior podemos concluir que la energía interna varía al cambiar la velocidad de las partículas que constituyen a los cuerpos.

C3El calor puede transferirse (pasar de un cuerpo a otro o de una parte a otra de un mismo cuerpo) de tres formas: por conducción, por convección y por radiación. La conducción es la transferencia de calor a través de un objeto sólido: es lo que hace que el asa de un atizador se caliente aunque sólo la punta esté en el fuego. La convección transfiere calor por el intercambio de moléculas frías y calientes, formando corrientes convectivas, es la causa de que el agua de una tetera se caliente uniformemente aunque sólo su parte inferior esté en contacto con la llama. La radiación es la transferencia de calor por radiación electromagnética (generalmente infrarroja): es el principal mecanismo por el cual el fuego calienta la habitación.

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Esta forma de transmisión del calor también es conocida como conductividad térmica.

Con el experimento podemos comprender cómo transcurre la transmisión de energía por el alambre, al que se le ha fijado con cera unas tachuelas. El orden en que se desprenden estas tachuelas indica cómo se produce el proceso de transmisión de la energía por conducción. La llama ardiente provoca la intensificación del movimiento térmico de las partículas del metal en uno de sus extremos por lo que aumenta su temperatura. Después, esta intensificación se transmite a las partículas vecinas y la velocidad de sus vibraciones también crece. En general la energía se transmite de partículas a partículas hasta llegar al otro extremo de la varilla. Debemos señalar que en este proceso la transmisión del calor no ocurre por desplazamiento de sustancia, lo que se transmite de un lugar a otro es la energía, el movimiento. Haciendo un analogía, este proceso se produce similar a como se transmite el movimiento al colocar las fichas de un dominó una detrás de otra, al empujar la primera se van cayendo las demás una detrás de otra.

C5Por lo general, los líquidos y los gases se calientan por abajo, cuando esto sucede el líquido o el gas se calientan por convección. Si ponemos las manos sobre la cocina caliente o sobre un bombillo incandescente notamos que desde ella fluyen corrientes de aire caliente. Estos flujos pueden hacer girar un molinete como el que se muestra en la figura (a). Aquí observamos otra forma de transmitir el calor, la convección.

 

Para evaluar la energía transmitida a un cuerpo cuando solo varía su temperatura se utiliza la expresión:

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Donde “c” es un coeficiente, el cual depende del material. El calor específico es una magnitud que caracteriza la propiedad de los materiales de variar su temperatura en mayor o menor grado al transmitirles energía en forma de calentamiento.

En la tabla se muestra los valores de calor específico de algunas sustancias.

C7Varía con mayor facilidad su temperatura la sustancia que tenga menor calor específico. De este modo la sustancias que necesita más cantidad de calor para variar la temperatura en un grado Celsius es el agua y la que más rápidamente la varía es el plomo. Esta es la razón que sea la sustancia más común en el planeta para enfriar los motores de los autos.

Cuando calculamos o hacemos referencia a la energía transmitida a un sistema mediante cualquiera de las vías, una de las formas de expresar el valor de ella es mediante la misma unidad en que se expresa la energía o sea el Joule. El físico británico James Prescott Joule centró sus investigaciones en los campos de la electricidad y la termodinámica. Demostró que el calor es una transferencia de energía y determinó el equivalente mecánico del calor. La caloría, la kilocaloría y el Joule, son unidades de energía ampliamente utilizadas. Entre la caloría y el Joule existe una equivalencia.

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Precisamente Joule determinó la equivalencia entre ambas unidades de medición de energía con el siguiente experimento. Calentó agua en un recipiente cerrado haciendo girar unas ruedas de paletas y halló que el aumento de temperatura del agua era proporcional al trabajo realizado para mover las ruedas. Encontró que 1J produce la misma elevación de temperatura que 0,24 cal, o a la inversa, que 1 cal produce igual elevación de temperatura que 4,2 J.

 

Bibliografía.

Colectivo de autores. Enseñanza de la Física Elemental. Edit. Pueblo y Educación. 2002

Enciclopedia Encarta 2006

 

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