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lunes, 15 de agosto de 2011

Termodinámica para la canícula (iv)

Hace calor ¿verdad?. Se agradece una sombrita que nos resguarde del Astro Rey. El mismo que buscamos como desesperados en invierno.
Parece cómo si un fluido misterioso manase de él confiriendonos calor. Calor, como el que pasa de la llama, o de la resistencia eléctrica, al agua calentita de la ducha. O el calor que desaparece del vaso al que echamos hielo. 

El Sol

Hasta entrado el siglo XIX, así, por la intervención de un fluido, misterioso, conocido como Calórico era cómo se explicaban los cambios de temperatura de los cuerpos. El calórico fluía de los cuerpos calientes a los fríos aumentando su temperatura, y el que lo  perdía se enfriaba.
Ya entrado el siglo XIX y gracias a investigadores como el Conde de Rumford , a Dalton y su Teoría atómica y a los trabajos, entre otros de Maxwell y Boltzman se va consolidando la llamada Teoría Cinética del Calor que es básicamente la aceptada en la actualidad.

Hoy día sabemos que los átomos y moléculas de los que está formada la materia no están en reposo aunque el cuerpo que constituyen si lo esté. En los sólidos sus partículas vibran continuamente alrededor de su posición de equilibrio; en los líquidos se mueven con libertad, aunque confinadas a un determinado volumen; en los gases se mueven con libertad, ocupando todo el espacio disponible. La suma de la energía de todas esas partículas como consecuencia de ese movimiento es, la energía térmica de ese cuerpo. Si encontramos la media estadística de las energías cinéticas, debidas al movimiento, de esas mismas partículas, eso es la Temperatura de ese cuerpo. 

Sabemos que los cuerpos pueden calentarse y enfriarse, ganando o perdiendo energía. Esa energía puede causar una disminución o un aumento del movimiento de las partículas que comoponen los cueerpos. Esa energía causa un aumento  aumento o disminución de su temperatura. La energía ganada o perdida en estos procesos en los que varía la temperatura es el calor.

Por tanto no debemos confundir calor y temperatura.

Pensad, -por favor-, en dos recipientes, del mismo material, al fuego llenos de agua. Uno un pequeño cacillo con apenas un par de vasos de agua. El otro, una olla modelo familia numerosa con doce litros de agua. En ambas el agua hierve, luego la temperatura del agua será de 100ºC. ¿Creeis que se habrá comunicado a los dos recipientes la misma cantidad de calor a pesar de tener la misma temperatura? Seguramente direis que no porque en un sistema hay mucha más masa, agua, que en otro. ¡Vale!
Imaginad ahora dos trozos de metal del mismo peso y calentados hasta alcanzar la misma temperatura. Un trozo es de hierro y el otro de plomo. Colocamos cada uno en un recipiente, que contiene la misma cantidad de agua y a la misma temperatura menor que los trozos de metal. ¿Alcanza el agua de los dos recipientes la misma temperatura? Quizá estaríamos tentados de decir que sí. Si realizamos el experimento, se comprueba que el agua en la que se ha sumergido el hierro está más caliente, a mayor temperatura que el agua en la que se ha sumergido el trozo de plomo. Es decir estando los dos metales a la misma temperatura, el hierro ha transferido más calor al agua. Por lo tanto "contenía" más calor que el plomo.


Os vuelvo a pedir un esfuerzo imaginativo. Esta vez un recipiente con hielo y agua. Si introducimos en la mezcla el trozo de hierro o plomo calientes, veremos como el hielo se funde a medida que el metal se enfría. Pero la mezcla de hielo y agua permanece a la misma temperatura. ¿Qué ha pasado con el calor que se ha puesto en juego? Se ha utilizado para fundir el hielo. Es decir que ha habido intercambio de calor del metal a la mezcla agua-hielo sin que esta última experimente un cambio de temperatura.


Aquí es interesante, por aquello de la "culturilla general", tomar nota de una propiedad como es el Calor Específico de una sustancia. Que es la cantidad de calor que hay que poner en juego para que una unidad de masa de esa sustancia varíe su temperatura una unidad de temperatura. Podríamos decir que es algo así como la medida de la capacidad de "almacenar calor" de una sustancia.
Magnitud que debemos de diferenciar de Capacidad Calorífica que es la cantidad total de calor que se necesita para varíar en un grado de temperatura un cuerpo.
 Es decir que la capacidad calorífica del agua contenida en una piscina, por ejemplo, será mayor que la del agua contenida en un vaso. Aún cuando el Calor específico de ambas sea el mismo.
Y si echamos el vaso de agua, caliente, en la piscina, fría, el agua del vaso se enfriará y la de la piscina se calentará, aunque no lo podamos observar.

Y he aquí un concepto fundamental:
La dirección del flujo de calor entre dos cuerpos, sistemas, es independiente del calor que estos posean. El flujo de calor, siempre, se dará desde el cuerpo, sistema, a mayor temperatura hacia el de menos.

4 comentarios :

Paco dijo...

Rafael soy un curioso por excelencia de todo lo científico. Te felicito por la excelente forma en que has explicado el tema del calor. Tuve el martes la oportunidad de conocerte de pasada, cuando coincidistes con Rafa Jimenez, en la puerta del Gran Teatro, yo me marché proque lo estaba entreteniendo y además tenía prisa, luego él me mandó un correo diciendome que no nos había presentado -es muy buena persona- y me dió la direccion de este blog del que me hice seguidor. Enhorabuena, muchas cosas sobre todo en literatura se escapan de mi capacidad de comentar pero las voy leyendo poco a poco. Saludos.

José Javier Navas dijo...

Paco, teagradezco enormemente tu comentario. No obstante, creo que debe de haber un error. Yo no me llamo Rafael (aún siendo cordobés). En cuanto a Rafa Jiménez, ¡no se quién es! y hace bastante que no paso por la puerta del Gran Teatro. Si estoy equivocado ¡sácame del error!
En cualquier caso, gracias por pasar por aquí.

Paco Muñoz dijo...

José Javier, las neuronas no se regeneran cuando caen unas menos, y yo posiblemente por la edad me estoy quedando sin ellas. He mezclado dos blog el tuyo y el de literatura. Te pido perdón. Soy seguidor de tu blog y por eso la mezcla. Rafael no tiene nada que ver ya que su blog es de literatura. Mas explicaciones: la ventana del comentario una vez escrita se me ha borrado muchas veces, por ello los comentarios los hago en Word y luego los traslado, copiar y pegar, y ahí es donde las pocas neuronas han fallado.

Paco Muñoz dijo...

Gracias por tu comprensión José Javier y no dudes que paso mucho por tu blog, la tecnología es una de mis pasiones, desde el 75 soy radioaficionado de los que les gustaba investigar, siempre me he movido por esos parámetros, y otros cercanos.

Un abrazo.