Energía, calor y temperatura: conceptos fundamentales de termodinámica

Resumen

Este apunte explica los conceptos básicos de energía, sus principales tipos y cómo se transforma, transfiere o disipa. Después aborda la diferencia entre temperatura y calor, los cuatro modos de transferencia de energía térmica (conducción, convección, radiación y equilibrio térmico), el comportamiento de metales y plásticos, la dilatación y el funcionamiento de los termómetros de líquido.

Puntos clave

La energía es la capacidad de un cuerpo para producir cambios en sí mismo o en su entorno, y su unidad es el julio (J).
La energía puede transformarse dentro del mismo cuerpo, transferirse a otro cuerpo o disiparse como energía no útil.
La temperatura refleja la velocidad promedio de las partículas de un cuerpo, mientras que el calor agrupa los modos de transferir energía térmica entre cuerpos.
Los modos de transferencia de energía térmica son la conducción, la convección y la radiación; solo la radiación puede darse en el vacío.
Cuando dos cuerpos en contacto alcanzan la misma temperatura se produce el equilibrio térmico y deja de transferirse energía.
Los metales son conductores térmicos y los plásticos son aislantes.
La relación entre escalas es T(K) = T(ºC) + 273.

Ponte a prueba

Conceptos Fundamentales de Energía

Energía: Magnitud que cuantifica la capacidad que tiene un cuerpo para producir cambios en él mismo o en su entorno. La unidad de energía es el julio (J).

Tipos de Energía

Energía potencial: Capacidad de un cuerpo para producir cambios por su masa y la altura a la que se encuentra.
Energía eléctrica: Se asocia a las corrientes eléctricas.
Energía electromagnética y sonora: La luz y el sonido que emite el televisor son dos formas de energía.
Energía química: Capacidad para producir cambios en los distintos tipos de sustancias.
Energía térmica: Capacidad de un sistema para producir cambios por su masa y temperatura.
Energía cinética: Capacidad de un cuerpo para producir cambios por su masa y su velocidad.

Transformación y Transferencia de Energía

Un cuerpo posee energía según su velocidad, altura, etc. Esta cantidad de energía puede:

Transformarse: En otro tipo de energía que sigue perteneciendo al mismo cuerpo.
Transferirse: A otro cuerpo en la misma forma o en otra.
Disiparse: La energía se transfiere al aire, suelo, etc., convirtiéndose en energía no útil.

Temperatura y Calor

La temperatura de un cuerpo es un reflejo de la velocidad promedio de sus partículas; estas pueden producir cambios debido a su velocidad y, por tanto, poseen energía cinética.

Calor es el término empleado para agrupar todos los modos de transferir energía térmica entre cuerpos.

Modos de Transferencia de Energía Térmica

Conducción: Es el modo de transferencia de energía térmica entre dos cuerpos en contacto debido a las colisiones entre sus partículas.
Equilibrio térmico: Cuando dos cuerpos están en contacto el tiempo suficiente, su temperatura acaba siendo la misma y deja de transferirse energía en las colisiones de sus partículas porque estas poseen la misma cantidad de energía.
Convección: Modo de transferencia de energía térmica ligado al movimiento de la materia (en líquidos y gases).
Radiación: Modo de transferencia de energía térmica mediante ondas electromagnéticas; la radiación es el único que puede darse en el vacío.

Propiedades de los Materiales

Metales: Conductores térmicos.
Plásticos: Aislantes.

Dilatación y Medición

Cuando un cuerpo absorbe energía en forma de calor, puede aumentar su temperatura, cambiar de estado de agregación o dilatarse.

Los termómetros de líquido son instrumentos para medir la temperatura de un cuerpo que se basan en la dilatación de un líquido al variar su temperatura.

La relación de conversión es: T(K) = T(ºC) + 273

Preguntas frecuentes

¿Qué diferencia hay entre temperatura y calor?

La temperatura es un reflejo de la velocidad promedio de las partículas de un cuerpo. El calor es el término que agrupa todos los modos de transferir energía térmica entre cuerpos.

¿Qué modos de transferencia de energía térmica existen?

Existen la conducción, por colisiones entre partículas en contacto; la convección, ligada al movimiento de líquidos y gases; y la radiación, mediante ondas electromagnéticas, que es la única que puede darse en el vacío.

¿Cómo funciona un termómetro de líquido?

Se basa en la dilatación de un líquido al variar su temperatura, de modo que el cambio de volumen del líquido permite medir la temperatura del cuerpo.