Qué es el calor en física
El calor, o la energía térmica, es la suma de la energía cinética de los átomos o las moléculas. En termodinámica, el calor es la energía que se mueve entre dos cosas, cuando una de ellas tiene una temperatura más alta que la otra.
Añadir calor a algo aumenta su temperatura, pero el calor no es lo mismo que la temperatura. La temperatura de un objeto es la medida de la velocidad media de las partículas que se mueven en él. La energía de las partículas se llama energía interna. Cuando un objeto se calienta, su energía interna puede aumentar para que el objeto se caliente más. La primera ley de la termodinámica dice que el aumento de la energía interna es igual al calor añadido menos el trabajo realizado en el entorno.
El calor también puede definirse como la cantidad de energía térmica de un sistema[1] La energía térmica es el tipo de energía que tiene una cosa por su temperatura. En termodinámica, la energía térmica es la energía interna presente en un sistema en estado de equilibrio termodinámico debido a su temperatura[2] Es decir, el calor se define como un flujo espontáneo de energía (energía en tránsito) de un objeto a otro, causado por una diferencia de temperatura entre dos objetos; por lo tanto, los objetos no poseen calor[3].
La energía en tránsito se llama
El calor puede definirse como la energía en tránsito de un objeto de alta temperatura a otro de menor temperatura. Un objeto no posee “calor”; el término apropiado para la energía microscópica de un objeto es energía interna.
Este ejemplo de la intercambiabilidad del calor y el trabajo como agentes para añadir energía a un sistema puede ayudar a disipar algunas ideas erróneas sobre el calor. Encontré la idea en un pequeño artículo de Mark Zemansky titulado “The Use and Misuse of the Word ‘Heat’ in Physics Teaching”. Una de las ideas clave de este ejemplo es que, si te presentan un gas a alta temperatura, no puedes saber si ha alcanzado esa alta temperatura por haber sido calentado, por haber realizado un trabajo sobre él o por una combinación de ambos. Para describir la energía que tiene un objeto a alta temperatura, no es correcto usar la palabra calor para decir que el objeto “posee calor” – es mejor decir que posee energía interna como resultado de su movimiento molecular. La palabra calor está mejor reservada para describir el proceso de transferencia de energía de un objeto a alta temperatura a otro a menor temperatura. Es cierto que se puede tomar un objeto a baja energía interna y elevarlo a una energía interna más alta calentándolo. Pero también se puede aumentar su energía interna realizando un trabajo sobre él, y como la energía interna de un objeto a alta temperatura reside en el movimiento aleatorio de las moléculas, no se puede saber qué mecanismo se utilizó para darle esa energía. Al advertir a los profesores y a los alumnos sobre los peligros de utilizar mal la palabra “calor”, Mark Zemansky aconseja reflexionar sobre el jingle: “Enseñar física térmica
Ejemplos de calor y trabajo
P: ¿Por qué la calefacción es más eficiente en los grandes edificios de apartamentos que en las viviendas unifamiliares? R: La relación superficie/volumen es inversamente proporcional a la dimensión del edificio. Por lo tanto, un… P: ¿En qué se diferencian el calor y la temperatura? R: El calor es una forma de energía. La temperatura es la magnitud física que indica el grado de calor de… P: ¿Cuál es el papel de los electrones “sueltos” en los conductores de calor?
Electrones sueltos P: ¿Qué se entiende por teoría dinámica del calor? R: Según la teoría dinámica del calor, se supone que el calor no es una materia sino que es… P: ¿Qué se entiende por teoría dinámica del calor? R: Según la teoría dinámica del calor todo el mundo está formado por pequeñas partículas llamadas moléculas. Esto… P: ¿Cómo se relaciona la segunda ley de la termodinámica con la dirección del flujo de calor? R: Paso 1La segunda ley de la termodinámica sugiere que el calor siempre fluye desde un cuerpo a mayor… P: ¿Cómo se relaciona la segunda ley de la termodinámica con la dirección del flujo de calor? R: Entendamos esto con un ejemplo. Una taza de café caliente se mantiene en una atmósfera abierta. P: ¿Por qué la contaminación térmica es un término relativo? R: La contaminación térmica es la energía térmica bombeada a la atmósfera, a las masas de agua, etc. por… P: ¿Cuál es la diferencia entre la transferencia de calor por conducción, convección y radiación? P: ¿Cuál es la relación entre el calor y la temperatura? R: El calor y la temperatura son uno de los dos componentes de la termodinámica.
Ejemplos de energía en tránsito
Tengo clara la diferencia entre el calor y la energía interna, una función de estado a la que no le importa cómo se ha añadido o eliminado la energía. Mi confusión es si el calor se refiere a un proceso o a la energía en tránsito. He visto que la mayoría de los autores utilizan la segunda definición. Pero luego me encontré con este artículo que por Zemansky donde argumenta lo contrario. https://www.deepdyve.com/lp/american-association-of-physics-teachers/the-use-and-misuse-of-the-word-heat-in-physics-teaching-02AsHIMVbq
Esto es similar al hecho de que una corriente no fluye, la carga lo hace; todo el mundo entiende la idea por lo que es un error inofensivo en el mejor de los casos. Pero si quiero ser preciso, ¿cuál es el consenso general entre los físicos?
Se refiere a la energía en tránsito, no a un proceso. En la transferencia de calor pueden intervenir múltiples procesos. Por ejemplo, en el caso de los gases puede haber transferencia de calor mediante un proceso de presión constante o un proceso de volumen constante. Del mismo modo, el trabajo se refiere a la energía en tránsito, no a un proceso.
Lo más importante, y que falta en tus dos definiciones, es que el calor es la transferencia de energía debida únicamente a la diferencia de temperatura. La afirmación “diferencia de temperatura” es clave para la definición de calor y falta en sus dos definiciones. Es lo que diferencia el calor del trabajo. Este último no requiere una diferencia de temperatura.