Calor y Temperatura

Situaciones comunes donde se percibe el cambio de temperatura.

• Es muy común cuando se pone a hervir agua y se calienta.
• La fiebre es un ejemplo muy común que ocurre dentro del ser humano.
• El cambio repentino de temperatura al abrir la puerta de tu refrigerador/congelador.
• Al entrar a un automóvil que ha estado estacionado mucho tiempo bajo el sol.
• El momento de entrar a una sala de hospital con los aires acondicionados encendidos.

Calor

El "calor" se puede definir como la cantidad de energía interna de un cuerpo. Es una forma de energía en movimiento.

TRANSFERENCIA DE CALOR

Energía en tránsito o movimiento debida a una diferencia de temperatura. (De mayor temperatura a menor temperatura)   El requisito básico para que tenga lugar la transferencia de calor, es que exista una diferencia de temperatura, sin embargo la forma como ocurre o el mecanismo a través del cual tiene lugar la transferencia puede variar. 

Mecanismos de Transferencia de Calor 

• Conducción: es un proceso mediante el cual el calor fluye desde una región de alta temperatura hasta una región de baja temperatura, dentro de un medio sólido, líquido o gaseoso, o entre medios diferentes en contacto físico directo entre las moléculas.  
• Convección: es un mecanismo de transporte de energía por acción combinada de conducción de calor, almacenamiento de energía y movimiento de materia en grandes grupos de moléculas. Cuando un fluido se mueve sobre una superficie que se encuentra a otra temperatura, se produce transferencia de calor en las adyacencias de la frontera cuyo signo dependerá del valor relativo de las temperaturas.  Existen dos tipos de Convección:
  
  *Convección Forzada: el movimiento del fluido es generado por fuerzas impulsoras externas. Por ejemplo: aplicación de gradientes de presión con una bomba, un soplador, etc.
  
  *Convección Natural: el movimiento del fluido es generado por variaciones de densidad. Estas a su vez pueden ser producidas por la existencia de gradientes de temperatura o de concentración en el seno del fluido.
  
  Cuando no hay presencia de un fluido en movimiento no hay convección
• Radiación: es un proceso mediante el cual el calor fluye desde un cuerpo de alta temperatura a otro de baja temperatura cuando entre estos no existe contacto físico directo. El mecanismo molecular de transferencia es a través de ondas electromagnéticas.

CALOR PERDIDO Y CALOR GANADO.

Equilibrio térmico

Es el estado en el que se igualan las temperaturas de dos cuerpos que inicialmente tenían diferentes temperaturas. Al igualarse las temperaturas se suspende el flujo de calor, y el sistema formados por esos cuerpos llega a su equilibrio térmico.
Por ejemplo, si pone tienes un recipiente con agua caliente, y otro con agua fría, a través de sus paredes se establecerá un flujo de energía calorífica, pasado un tiempo, la temperatura del agua en ambos recipientes se igualará (por obra de las transferencias de calor, en este caso del agua más caliente a la más fría, también por contacto con el aire del medio ambiente y por evaporación), pero el equilibrio térmico lo alcanzarán cuando ambas masas de agua estén a la misma temperatura.
La cantidad de calor que gana o pierde un cuerpo de masa (m) se encuentra con la fórmula

Ce=Calor especifico (1 y 2)
m=Masa del objeto (1 y 2)
Tf= Temperatura final
Ti=Temperatura inicial.

Temperatura.

La temperatura de un cuerpo se define como la energía cinética media de las moléculas. Mediante el sentido del tacto podemos percibir cual de dos cuerpos es el más caliente y cual es el más frío. Por lo que podemos distinguir cual de los dos tiene la temperatura más alta.  Entonces la temperatura de un cuerpo es una propiedad que se relaciona con el hecho de que un cuerpo esté "más caliente" o "más frío". 
Esta medición de variación de temperatura se realiza por medio de termómetros que tienen una determinada escala. 

Características de los diferentes tipos de termómetros.

• Termómetro de gas: El termómetro de gas de volumen constante es muy exacto, y tiene un margen de aplicación extraordinario: desde - 27 °C hasta 1477 °C.La altura de la columna de mercurio indica la presión del gas. A partir de ella se puede calcular la temperatura.

• Termómetro óptico: Dispositivo de medida de la temperatura en el que las propiedades de transmisión  y reflexión de la luz visible depende de la temperatura y cuya detección se puede relacionar con la temperatura tisular.

• Termómetro metálico: El termómetro metálico es un instrumento utilizado para medir temperatura mediante la contracción y expansión de dos distintas aleaciones metálicas de alto y bajo coeficiente de dilatación.
  

• Termómetro clínico: Instrumento que sirve para medir la temperatura; el más habitual consiste en un tubo capilar de vidrio cerrado y terminado en un pequeño depósito que contiene una cierta cantidad de mercurio o alcohol, el cual se dilata al aumentar la temperatura o se contrae al disminuir y cuyas variaciones de volumen se leen en una escala graduada.
  

• Termómetro de máximos y mínimos: El termómetro de máximos y mínimos, señala la temperatura máxima y mínima del lugar donde se encuentra. El termómetro se compone de un capilar que contiene dos varillas unidad, correspondiendo la varilla de la izquierda a la temperatura mínima y la varilla de la derecha a la temperatura máxima. Ambas varillas están llenas de líquido por donde se desliza el testigo de la temperatura alcanzada (estilete).
  

• Termómetro de alcohol: El termómetro de alcohol es un tubo capilar de vidrio de un diámetro interior muy pequeño (casi como el de un cabello), que cuenta con paredes gruesas; en uno de sus extremos se encuentra una dilatación, llamada bulbo, que está llena de alcohol.
  

Escalas de temperatura.

DILATACIÓN.

aumento de tamaño de un cuerpo por acción del calor

En este blog veremos 3 tipos de dilatación las cuales son:

*Dilatación lineal: La dilatación lineal es aquella en la cual predomina la variación en una única dimensión, o sea, en el ancho, largo o altura del cuerpo.

Lf=Longitud final

Lo=Longitud inicial.

α= Coeficiente de dilatación lineal

△t= Variación de temperatura (Tf-To)

*Dilatación superficial: Es aquella en que predomina la variación en dos dimensiones, o sea, la variación del área del cuerpo

Sf= So(1+β△t)

Lf=Longitud final

Lo=Longitud inicial.

β=Coeficiente de dilatación superficial.

△t= Variación de temperatura (Tf-To)

*Dilatación Volumétrica: Es aquella en que predomina la variación en tres dimensiones, o sea, la variación del volumen del cuerpo.

Vf= Vo(1+γ△t)

Lf=Longitud final

Lo=Longitud inicial.

γ=Coeficiente de dilatación volumétrica.

△t= Variación de temperatura (Tf-To)

*Dilatación irregular del agua:

Como los líquidos toman la forma del recipiente que los contiene, no se puede hablar que exista dilatación lineal o dilatación superficial. Estamos ante un caso de dilatación volumétrica y debemos considerar una dilatación total.

Como caso especial, tenemos al agua, ya que cuando se encuentra a temperaturas cercanas a su punto de congelación (0 °C), ya que con un incremento pequeño de temperatura esta se contrae y el proceso continúa hasta el omento justo en que alcanza 4°C.

Si la temperatura sigue aumentando, entonces le agua empieza a dilatarse en forma continua hasta el momento en que alcanza su punto de ebullición, el cual corresponde a 100°C.

Por la estructura cristalina del agua, esta aumenta de volumen por debajo de 0°C, y como es hielo macizo, al tener una mayor densidad que el agua, flota, tal y como se puede observar en los polos de la tierra.

Esto es de mucha importancia, ya que en las zonas geográficas de baja temperatura los lagos y mares tienden a congelarse en la superficie, esta capa sirve como protección para que la vida en el interior siga su ritmo, ya que conserva una temperatura adecuada para la fauna mar

EXPERIMENTO

Materiales

• 3 recipientes del mismo tamaño uno contendrá agua caliente, el otro agua fría y el otro agua tibia.

Procedimiento

• Acomodar los recipientes de tal forma que el recipiente con agua tibia quede en medio
• Introducir una mano en el agua caliente
• Introducir la otra mano en el agua fría
• Finalmente introducir ambas manos en el agua tibia.

OBSERVACIONES

Al introducir la mano en el agua caliente se siente como sube la temperatura de la mano por lo contrario con el agua fría en ella se siente como disminuye la temperatura, pero al introducir ambas manos en el agua tibia estas van liberando y agarrando calor respectivamente hasta que se llega a un equilibrio de temperatura.