Fundamentos de la Teoría Cinética Molecular y Transferencia de Calor

Teoría Cinética Molecular

La teoría cinética molecular establece que la temperatura y la presión están relacionadas con la energía cinética de las moléculas. La temperatura indica el nivel de energía de un cuerpo o sistema; no depende de la masa, es una variable intensiva, una magnitud fundamental, medible y no aditiva. La teoría predice que, cuando dos cuerpos están a distinto nivel de temperatura y se ponen en contacto, producen calor y experimentan cambios en su energía interna hasta que alcanzan el equilibrio térmico.

Medición de la Temperatura

Para medir la temperatura, se ha de elegir una de las propiedades que experimentan los cuerpos cuando se les suministra calor. La propiedad que se elija, llamada propiedad termométrica, ha de ser medible y debe variar siempre de la misma manera. Estas propiedades indican las variaciones de su propia temperatura una vez que se alcanza el equilibrio térmico con el cuerpo con el que está en contacto.

Cualidades del termómetro

• Debe alcanzar con rapidez la temperatura del cuerpo.
• No debe modificar la temperatura inicial del cuerpo.

Para que se cumplan estas cualidades, la sustancia termométrica debe ser buen conductor del calor y tener poca masa.

Escalas de temperatura

Las escalas principales son: Kelvin, Celsius y Fahrenheit.

Mecanismos de Transferencia de Energía

• Conducción: Consiste en el transporte de energía sin transporte de materia, debido a la diferencia de temperatura entre los dos cuerpos.
• Convección: Transporte de energía y materia, ya que las partículas calientes desplazan a las frías debido a la diferencia de temperatura.
• Radiación: Transporte de energía mediante ondas electromagnéticas que no requiere medio material para propagarse.

Principios de la Calorimetría

• Dos cuerpos, inicialmente a distinta temperatura y puestos en contacto, alcanzan la misma temperatura con mayor rapidez dependiendo de la intensidad del contacto y la diferencia de temperatura.
• La cantidad de calor que un cuerpo absorbe o desprende cuando se eleva o disminuye su temperatura es proporcional: Q = Ce · m · Δt
• Cuando dos cuerpos aislados del exterior intercambian calor, la cantidad de calor ganado por el cuerpo "frío" es igual al calor perdido por el cuerpo "caliente": Cc · mc · (TC - Te) = Cf · mf · (Te - Tf)