Conceptos Esenciales de la Termodinámica: Energía Térmica, Temperatura y Calor

1. Energía Térmica y Temperatura

• Toda la materia está formada por partículas que se encuentran en continuo movimiento; por ello, las partículas poseen energía cinética.

• Estados de la Materia y el Movimiento de Partículas

  • Gases: Las partículas de los gases se encuentran muy alejadas entre sí y se mueven por todo el recipiente que ocupan.
  • Líquidos: Las partículas de los líquidos se mueven menos que las de los gases, ya que se encuentran más cercanas que las de estos.
  • Sólidos: Las partículas de los sólidos se encuentran muy cerca, por lo que solo pueden efectuar movimientos de vibración en sus posiciones.
• Medir toda la energía cinética de las partículas es imposible; por ello, hablamos de energía térmica o energía cinética media.
• La energía térmica es la energía media de las partículas que forman la materia.
• La temperatura (T) es la magnitud que mide la energía térmica.
• En ocasiones, en lugar de hablar de energía térmica, se habla de agitación térmica, y la temperatura se define como una medida de agitación térmica.

2. Medición de la Temperatura

• El termómetro es el instrumento utilizado para medir la temperatura. La unidad de medida empleada es el grado.

2.1. Escalas Termométricas

• Para establecerlas, se toman dos puntos de referencia y se asigna un valor de temperatura a cada uno. Los puntos elegidos son el de fusión y el de ebullición del agua.

• Tipos de Escalas Termométricas:

  • Escala Celsius: Es la que se utiliza en la vida cotidiana en nuestro país. La forma de expresar grados Celsius es ºC. Asigna 0ºC a la temperatura de fusión del agua y 100ºC a la de ebullición.
  • Escala Kelvin o Absoluta: Es la escala científica. La forma de expresar Kelvin es K. Asigna 273 K a la temperatura de fusión del agua y 373 K a la de ebullición. Esta escala no tiene grados negativos y se denomina escala absoluta porque en el 0 absoluto no hay agitación térmica.

  La equivalencia entre ambas es: K = 273 + ºC.

  En los países anglosajones se utiliza la escala Fahrenheit y su forma de expresión es ºF.

3. El Calor

• Los científicos tardaron siglos en determinar que el calor no era más que una manifestación de la energía.
• El calor (Q) es la energía térmica que fluye de un cuerpo con mayor temperatura a otro con menor temperatura hasta que ambas se igualan.
• A menudo se habla de energía térmica como sinónimo de calor, pero es incorrecto, ya que el calor es la cantidad de energía térmica que se puede transferir.
• El equilibrio térmico tiene lugar cuando se ponen en contacto dos cuerpos a distintas temperaturas, de tal manera que el que tiene mayor temperatura cede calor al que se encuentra a menor temperatura, que capta ese calor. Por lo tanto, el calor cedido y el captado son iguales. Su unidad es el Julio (J).
• La caloría (cal), que aparece en las etiquetas de los alimentos e informa sobre la cantidad de energía que contienen. 1 cal = 4,18 J.

4. Relación entre Calor, Energía Térmica y Temperatura

• El calor, la temperatura y la energía térmica son conceptos que están relacionados, pero son distintos:
  • Los cuerpos no tienen calor, sino que poseen energía térmica. Si absorben calor, su temperatura aumenta.
  • El calor depende de la variación de temperatura.
  • El calor también depende de la masa.
  • El calor provoca cambios de temperatura, que son distintos dependiendo del material.
  • Científicamente, el frío no existe; es una sensación fisiológica. Se habla de frío cuando "hay ausencia de calor". La razón es que el calor siempre viaja del cuerpo de mayor temperatura al de menor temperatura y no al contrario.