Principios Esenciales de Termodinámica: Calor, Temperatura y Fenómenos Térmicos

Introducción a los Conceptos Térmicos Fundamentales

La temperatura es la sensación física que nos produce un cuerpo cuando entramos en contacto con él. Es importante destacar que, desde una perspectiva física más precisa, la temperatura se define por la energía cinética promedio de las partículas.

El calor es la energía que se transfiere de los cuerpos de mayor temperatura a los de menor temperatura.

Llamaremos energía térmica a la suma de las energías de todas las partículas que componen un cuerpo.

Definiciones Clave en Termodinámica

1. Energía térmica: Es la suma de las energías de todas las partículas que componen un cuerpo.
2. Temperatura: Es el valor medio de la energía cinética de las partículas de un cuerpo.
3. Calor: Es la energía que suministramos o que recibimos de un cuerpo en los procesos en que este varía su energía interna, y que se puede producir y transmitir de diferentes formas.
4. Los términos de temperatura y calor, aunque relacionados entre sí, se refieren a conceptos diferentes: la temperatura es una propiedad de un cuerpo y el calor es un flujo de energía entre dos cuerpos a diferentes temperaturas.

Termodinámica: El Estudio de la Energía y la Materia

La termodinámica es el campo de la física que describe y relaciona las propiedades físicas de sistemas macroscópicos de materia y energía.

Sistemas Macroscópicos y Variables Termodinámicas

Un sistema macroscópico se define como un conjunto de materia que puede aislarse espacialmente y que coexiste con un entorno infinito e imperturbable. El estado de un sistema macroscópico en equilibrio puede describirse mediante propiedades medibles como la temperatura, la presión o el volumen, que se conocen como variables termodinámicas.

Calor Específico y Transferencia de Calor

El calor específico de una sustancia es la cantidad de calor que es preciso comunicar a un gramo de la misma para elevar su temperatura en un grado centígrado.

La cantidad de calor que es necesario suministrar a una sustancia para que se produzca un aumento de temperatura es directamente proporcional a una serie de factores que son:

• Cantidad de sustancia (masa).
• Naturaleza de la misma (tipo de material).
• Incremento de temperatura (cambio de temperatura).

La relación se expresa mediante la fórmula: Q = m · c_e · ∆T

Unidades del Calor Específico

Sus unidades son:

• Sistema Internacional (S.I.): J / (kg·K)
• Unidades comunes: cal / (g·°C)

La cantidad de calor que recibe un cuerpo depende de su masa y de su propia naturaleza, y puede provocar en él un aumento de temperatura.

Calentamiento y Cambios de Estado

Cuando calentamos un cuerpo, podemos provocar un aumento de temperatura, una dilatación, o bien nos aproximamos al punto en que se produce un cambio de fase. Por ejemplo, en el caso de un sólido a líquido, el cambio de fase se denomina fusión, y desde el líquido a gas, se denomina ebullición.

Dilatación Térmica y Termometría

El hecho de que las dimensiones de los cuerpos, por lo general, aumenten regularmente con la temperatura, ha dado lugar a la utilización de tales dimensiones como propiedades termométricas. Esto constituye el fundamento de la mayor parte de los termómetros ordinarios.

Los termómetros de líquidos, como los de alcohol coloreado empleados en meteorología o los de mercurio de uso clínico, se basan en el fenómeno de la dilatación y emplean como propiedad termométrica el volumen del líquido correspondiente. La longitud de una varilla o de un hilo metálico puede utilizarse, asimismo, como propiedad termométrica.