Energia Termica
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La energía térmica es la energía interna de un sistema asociada al movimiento aleatorio de sus partículas. El calor es la transferencia de esta energía entre cuerpos a diferente temperatura.
Este tema es un componente habitual en las Pruebas Nacionales del MINERD.
A continuación se presentan los conceptos de temperatura, calor, mecanismos de transferencia y cambios de fase.
Conversiones: K = °C + 273. °F = 9/5·°C + 32.
Calor (Q): energía transferida de un cuerpo caliente a uno frío. Se mide en joules (J) o calorías (cal). 1 cal = 4,186 J.
El calor fluye espontáneamente de mayor a menor temperatura hasta alcanzar el equilibrio térmico (ley cero de la termodinámica).
Fórmula: Q = m·c·ΔT. El agua tiene c = 1 cal/(g·°C) = 4.186 J/(kg·K), uno de los valores más altos.
Ejemplo: Calentar 500 g de agua de 20 °C a 80 °C: Q = 500 × 1 × 60 = 30.000 cal = 30 kcal.
Equilibrio térmico: Q_cedido + Q_absorbido = 0. La energía que pierde el cuerpo caliente es la que gana el frío.
Calor latente de fusión (Lf): energía para pasar de sólido a líquido. Q = m·Lf.
Calor latente de vaporización (Lv): energía para pasar de líquido a gas. Q = m·Lv. Generalmente Lv > Lf.
Ejemplo: Para el agua, Lf = 80 cal/g y Lv = 540 cal/g. Evaporar agua requiere mucha más energía que fundirla.
Segunda ley: el calor fluye espontáneamente de mayor a menor temperatura. La entropía del universo siempre tiende a aumentar.
Estas leyes explican por qué las máquinas térmicas no pueden convertir todo el calor en trabajo útil.
Te deseamos mucho éxito en tu preparación para las Pruebas Nacionales.
Este tema es un componente habitual en las Pruebas Nacionales del MINERD.
A continuación se presentan los conceptos de temperatura, calor, mecanismos de transferencia y cambios de fase.
Temperatura y calor
Temperatura: medida de la energía cinética promedio de las partículas de un cuerpo. Se mide en °C, K o °F.Conversiones: K = °C + 273. °F = 9/5·°C + 32.
Calor (Q): energía transferida de un cuerpo caliente a uno frío. Se mide en joules (J) o calorías (cal). 1 cal = 4,186 J.
El calor fluye espontáneamente de mayor a menor temperatura hasta alcanzar el equilibrio térmico (ley cero de la termodinámica).
Mecanismos de transferencia de calor
Calor específico y calorimetría
Calor específico (c): cantidad de calor necesaria para elevar 1 °C la temperatura de 1 g de sustancia. Unidad: cal/(g·°C) o J/(kg·K).Fórmula: Q = m·c·ΔT. El agua tiene c = 1 cal/(g·°C) = 4.186 J/(kg·K), uno de los valores más altos.
Ejemplo: Calentar 500 g de agua de 20 °C a 80 °C: Q = 500 × 1 × 60 = 30.000 cal = 30 kcal.
Equilibrio térmico: Q_cedido + Q_absorbido = 0. La energía que pierde el cuerpo caliente es la que gana el frío.
Cambios de fase
Durante un cambio de fase la temperatura permanece constante aunque se suministre calor. La energía rompe o forma enlaces intermoleculares.Calor latente de fusión (Lf): energía para pasar de sólido a líquido. Q = m·Lf.
Calor latente de vaporización (Lv): energía para pasar de líquido a gas. Q = m·Lv. Generalmente Lv > Lf.
Ejemplo: Para el agua, Lf = 80 cal/g y Lv = 540 cal/g. Evaporar agua requiere mucha más energía que fundirla.
Leyes de la termodinámica
Primera ley: ΔU = Q − W. La energía interna cambia por calor añadido menos trabajo realizado por el sistema.Segunda ley: el calor fluye espontáneamente de mayor a menor temperatura. La entropía del universo siempre tiende a aumentar.
Estas leyes explican por qué las máquinas térmicas no pueden convertir todo el calor en trabajo útil.
Cierre
La energía térmica conecta la temperatura macroscópica con el movimiento microscópico de las partículas. Comprender los mecanismos de transferencia y los cambios de fase permite explicar fenómenos cotidianos y resolver problemas de calorimetría.Te deseamos mucho éxito en tu preparación para las Pruebas Nacionales.