Conceptos Clave de Calor y Temperatura: De la Fusión a los Motores Térmicos
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Conceptos Fundamentales de Temperatura y Calor
Temperatura
La temperatura de un cuerpo es una medida de la agitación térmica de las partículas que lo forman.
Modelo Cinético de la Materia
El modelo cinético de la materia supone que la materia está formada por partículas pequeñas que están en continuo movimiento.
Energía Térmica
La energía térmica se debe al movimiento de las partículas que componen un cuerpo.
Calor y sus Unidades
El calor es una forma de energía y, por consiguiente, su unidad en el Sistema Internacional (SI) es el julio (J).
Otra unidad utilizada, especialmente en dietética, es la caloría (cal).
Transmisión del Calor
El calor se transmite a través de tres mecanismos:
- Conducción: Ocurre principalmente en los sólidos.
- Convección: Se da en los fluidos (líquidos y gases).
- Radiación: Es la única forma de transmisión de energía que no necesita un medio material para realizarse.
Cambios de Estado de la Materia
Paso de sólido a líquido y viceversa
El paso de sólido a líquido recibe el nombre de fusión y el proceso inverso es la solidificación.
Paso de líquido a gas y viceversa
El paso de líquido a gas se denomina vaporización. Contrariamente, el paso de gas a líquido se denomina condensación o licuación y es un proceso que desprende energía.
La ebullición es una forma rápida de vaporización a una presión determinada que provoca la formación de burbujas de vapor en el interior del líquido.
Paso de sólido a gas y viceversa
Este proceso se denomina sublimación y el proceso contrario, sublimación inversa. La sublimación requiere la misma cantidad de calor que la sublimación inversa desprende.
Efectos del Calor en los Cuerpos
¿Cómo puede reaccionar un cuerpo al recibir calor?
Puede reaccionar de tres formas:
- Con un cambio de temperatura.
- Con un cambio de estado.
- Con una dilatación.
La Dilatación
La dilatación es el aumento de volumen de un material asociado a un incremento de temperatura. No todas las sustancias se dilatan de igual forma; cada una tiene un distinto coeficiente de dilatación, el cual indica la capacidad de dilatación de un material.
Motores Térmicos y Rendimiento
Motor Térmico
Un motor térmico es una máquina que aprovecha la energía térmica liberada por un combustible (madera, gas, carbón) y la transforma en energía mecánica capaz de realizar un trabajo.
Tipos de Motores
Existen dos tipos principales de motores térmicos:
- Motor de combustión externa.
- Motor de combustión interna.
El Rendimiento de una Máquina
El rendimiento de una máquina nos indica qué proporción de energía es transformada en trabajo. Se calcula a partir del cociente entre el trabajo que produce y la energía que recibe, expresado en tanto por ciento (%).
Medición de la Temperatura y Fórmulas
Los Termómetros
El valor numérico de la temperatura se obtiene mediante los termómetros.
Fórmulas de Conversión
- Kelvin a Celsius: °C = K - 273
- Celsius a Kelvin: K = °C + 273
- Relación Celsius - Fahrenheit: °C / 5 = (°F - 32) / 9