Todo sobre Calor, Temperatura, Escalas Termométricas y Estados de la Materia

1. El Calor y la Temperatura

El calor no es más que la energía que se transfiere de un cuerpo a otro, al ser puestos en contacto, debido a la diferencia de temperatura entre ellos.

La temperatura es la magnitud física que nos permite medir el nivel térmico de los diferentes cuerpos. Si el nivel térmico es bajo, se dice que el cuerpo es frío; y si el nivel térmico es alto, el cuerpo es caliente.

2. Escalas de Temperatura

• Escala centígrada: También se llama escala Celsius, en honor al científico suizo Andrés Celsius (1701-1744); usa los puntos de fusión del hielo (0 °C) y el de ebullición del agua (100 °C). Este intervalo entre ambas temperaturas se divide en 100 partes iguales, de ahí el nombre centígrado.
• Escala Fahrenheit: Tiene fijos 32 °F para la fusión del hielo y 212 °F para la ebullición del agua. El intervalo entre ambas temperaturas se divide en 180 partes iguales; cada una denominada grado Fahrenheit. Esta escala es llamada así en honor a Gabriel Fahrenheit (1686-1736).
• Escala Kelvin: Llamada así en honor al físico británico Lord Kelvin (1824-1907), tiene 273 K para el punto de fusión del hielo y 373 K para el punto de ebullición del agua. El 0 K corresponde a -273 °C; también conocido como "cero absoluto", ya que ningún objeto en el universo puede "superar" esta temperatura.

3. Diferencias Clave entre Calor y Temperatura

Características del Calor

• Es una energía que se transfiere de un cuerpo a otro.
• Se da por la diferencia de temperatura entre dos o más cuerpos.
• Su unidad es la caloría (cal).
• No varía debido a que es energía cinética de un cuerpo.
• Es una magnitud de trabajo.

Características de la Temperatura

• Es el nivel térmico que posee un cuerpo; puede ser alto o bajo.
• Se da por el nivel térmico que posee un objeto.
• Su unidad es el grado (°C, °F, K).
• Puede ser afectada por factores ambientales.
• Es una magnitud termodinámica.

4. Dilatación en Sólidos

Ocurre cuando un cuerpo en estado sólido aumenta una de sus dimensiones (o todas) por acción térmica.

• Dilatación lineal: Ocurre cuando un cuerpo es sometido a un cambio de temperatura mayor al cual se encontraba, causando que el cuerpo dilate su longitud, es decir, aumenta la dimensión conocida como largo.
• Dilatación superficial: Es similar a la dilatación lineal, solo que el cuerpo puede estar representado en forma de lámina, por lo que al ser sometido a un aumento de temperatura, va a incrementar su tamaño tanto en largo como en ancho.
• Dilatación cúbica: Se da cuando un cuerpo que posee las tres dimensiones (alto, ancho y profundidad) es sometido a un aumento de temperatura, causando la expansión proporcional de las tres dimensiones.

5. Estados de Agregación de la Materia

• Sólido: Se caracteriza porque la energía cinética es menor que la energía potencial y sus moléculas vibran sin cambiar de lugar debido a su gran fuerza de cohesión.
• Líquido: Se caracteriza porque la fuerza de cohesión entre sus moléculas es débil, deslizándose unas sobre otras, de tal manera que las moléculas que lo constituyen adoptan la forma del recipiente que lo contiene.
• Gas: Se distinguen porque sus moléculas se encuentran separadas unas de otras, debido a que la fuerza de cohesión entre sus moléculas es casi nula.
• Plasma: Se origina al aumentar la temperatura a más de 5000 °C. En estas condiciones las moléculas se rompen, los átomos chocan en forma violenta perdiendo sus electrones, originándose un gas ionizado, mezcla de iones y electrones.

6. Curvas de Calentamiento y Enfriamiento del Agua

• Curva de calentamiento del agua: Es un gráfico en el cual se puede apreciar las variaciones de estado del líquido, a medida que la temperatura va aumentando. Va a haber dos intervalos de tiempo en los cuales la temperatura va a permanecer constante, estos son el intervalo de sólido-líquido y líquido-gas.
• Curva de enfriamiento del agua: Es una representación gráfica muy similar a la del calentamiento, solo que al revés; a medida que la temperatura disminuye, el estado del agua también lo hará.

7. Equilibrio Térmico y Transferencia de Energía

Equilibrio térmico: Se dice del sistema o conjunto en el cual dos o más cuerpos que se encuentran en contacto, a diferentes temperaturas, adquieren o alcanzan la misma temperatura, es decir, se equilibran.

Cantidad de calor (Q): Es aquella que puede absorber o liberar un cuerpo cualquiera al entrar en contacto con otro a una temperatura diferente.

Calor específico: Es la cantidad de calor que se le debe suministrar a 1 gramo de una sustancia para elevar la temperatura de esta en 1 grado. En este caso las unidades empleadas son calorías (calor) y grado centígrado (temperatura).

Capacidad calorífica: Es la cantidad de calor suministrada a un cuerpo para aumentar su temperatura 1 grado. Es igual al producto de la masa del cuerpo por el calor específico de este.

Reservorios de temperatura: Son aquellos cuerpos que a pesar de estar en contacto con otros a temperaturas diferentes, no absorben ni libran calor para llegar al equilibrio térmico; en caso tal, la variación de temperatura del reservorio sería muy imperceptible.

La transferencia de energía térmica: Consiste en el traspaso de energía cinética de un cuerpo con una temperatura alta a un cuerpo con una temperatura baja, con la finalidad de lograr un equilibrio, llamado o denominado equilibrio térmico.

Punto de fusión: Temperatura a la cual un material pasa del estado sólido al estado líquido. El punto de fusión del agua es de 0 °C; es decir, el agua a toda temperatura mayor de 0 °C, pero menor de 100 °C, es líquida.