Energía interna
Es importante entender la diferencia entre el calor, como concepto, y la temperatura. La temperatura es una medida de lo caliente o frío que está un objeto; es una medida de la energía cinética media de las partículas de una sustancia. El calor es la energía transferida entre dos objetos como consecuencia de la diferencia de temperatura entre ellos. También es la energía que se transfiere entre un sistema y el entorno como consecuencia de la diferencia de temperatura entre ambos. La temperatura se mide en grados Celsius (°C) o grados Kelvin (K), mientras que el calor se mide en julios (J).
En el último capítulo vimos los sistemas térmicos. La energía térmica de un objeto es la cantidad de energía que tiene en su interior, es decir, su energía interna. En un sistema térmico, la energía térmica se transfiere de un objeto a otro. El calor es la transferencia de energía térmica de un sistema a su entorno o de un objeto a otro. Esta transferencia de energía se produce desde el objeto a mayor temperatura al objeto a menor temperatura.
Comentarios
En mi libro de física he visto que el calor y el trabajo son formas no mecánicas y mecánicas de transferencia de energía. ¿Por qué la energía eléctrica o química o nuclear o energías así no pueden ser una forma de transferencia de energía? ¿Por qué sólo el calor y el trabajo?
Según este punto de vista, casi todo lo que no es trabajo macroscópico es calor. La razón del casi es que hay un tercer mecanismo capaz de variar la energía interna: la transferencia de materia.
La transferencia de energía también se produce cuando hay transferencia de masa. Cuando la masa se desplaza de un lugar a otro se lleva consigo su energía interna (energía cinética más potencial a nivel atómico y molecular).
La energía eléctrica, química y nuclear son diferentes formas de energía que, a su vez, se componen de alguna combinación de energía cinética y/o potencial a nivel atómico y molecular. Estas y otras formas de energía pueden convertirse o transformarse en otras formas de energía. Por ejemplo, la energía potencial química de los productos químicos de una batería puede convertirse en energía potencial eléctrica en los terminales de la misma.
Calor latente del agua
La energía puede transferirse de un objeto a otro realizando un trabajo. Para realizar un trabajo es necesario que un agente ejerza una fuerza sobre un objeto a lo largo de una distancia. Cuando se realiza un trabajo, la energía se transfiere del agente al objeto, lo que provoca un cambio en el movimiento del objeto (más concretamente, un cambio en la energía cinética del objeto).
Supongamos que una persona (el agente) ejerce una fuerza sobre una carretilla (el objeto) que inicialmente está en reposo, haciendo que se mueva a lo largo de una determinada distancia. Recordemos que el trabajo realizado por la persona sobre la carretilla es igual al producto de la fuerza de la persona por la distancia recorrida por la carretilla. Observa que cuando se ejerce la fuerza sobre la carretilla, se produce un cambio en su movimiento. Su energía cinética aumenta. Pero, ¿de dónde ha sacado la carretilla su energía cinética? La obtuvo la persona que ejercía la fuerza, que utilizó la energía química almacenada en los alimentos que comió para mover la carretilla. En otras palabras, cuando la persona hizo un trabajo en la carretilla, transfirió una cierta cantidad de energía química a la carretilla, haciendo que se moviera. Como resultado, la energía química almacenada por la persona disminuye y la energía cinética de la carretilla aumenta.
Coeficiente de transferencia de calor
Simulación de la convección térmica en el manto terrestre. Los colores van desde el rojo y el verde hasta el azul con la disminución de las temperaturas. Una capa límite inferior caliente y menos densa envía penachos de material caliente hacia arriba, y el material frío de la parte superior se desplaza hacia abajo.
La transferencia de calor es una disciplina de la ingeniería térmica que se ocupa de la generación, uso, conversión e intercambio de energía térmica (calor) entre sistemas físicos. La transferencia de calor se clasifica en varios mecanismos, como la conducción térmica, la convección térmica, la radiación térmica y la transferencia de energía por cambios de fase. Los ingenieros también consideran la transferencia de masa de diferentes especies químicas (transferencia de masa en forma de advección), ya sea fría o caliente, para lograr la transferencia de calor. Aunque estos mecanismos tienen características distintas, a menudo se producen simultáneamente en el mismo sistema.
La conducción de calor, también llamada difusión, es el intercambio microscópico directo de energía cinética de partículas (como las moléculas) o cuasipartículas (como las ondas de red) a través del límite entre dos sistemas. Cuando un objeto se encuentra a una temperatura diferente de la de otro cuerpo o de su entorno, el calor fluye para que el cuerpo y el entorno alcancen la misma temperatura, momento en el que se encuentran en equilibrio térmico. Esta transferencia de calor espontánea se produce siempre desde una región de alta temperatura a otra de menor temperatura, tal y como se describe en la segunda ley de la termodinámica.