UNIDAD 3: INTRODUCCIÓN A LA TÉRMICA.


La energía térmica es la forma de energía que interviene en los fenómenos caloríficos. Cuando dos  cuerpos  a  diferentes  temperaturas se  ponen  en  contacto,  el  caliente  comunica  energía  al frío; el tipo de energía que se cede de un cuerpo  a otro como consecuencia de una diferencia de temperaturas es precisamente la energía térmica.

La temperatura  nos  resulta  familiar  a  todos  como  la  medida  del  grado  de  calor  o  frío  de  los cuerpos.Con más precisión, es una medida de la energía cinética molecular interna promedio de  un  cuerpo,  pero  tanto  la  definición  como  la  determinación  de  la  temperatura  son  temas complejos.  

El  calor  es  la  energía  que  se  transfiere  de  un  objeto  a  otro  debido  a  una  diferencia  de temperaturas.






3.1 Temperatura: Descripciones macroscópica y microscópica. 


Descripción macroscópica

Definición: La temperatura es una medida del grado de agitación térmica de las partículas que componen un sistema.
Percepción: A nivel macroscópico, la temperatura se relaciona con nuestras sensaciones de calor y frío. Un objeto caliente se siente más agitado y transmite energía térmica a un objeto más frío.
Medida: Se mide utilizando termómetros, que aprovechan diversas propiedades de la materia que varían con la temperatura, como la dilatación de un líquido o la resistencia eléctrica de un metal.


Descripción microscópica

Agitación térmica: A nivel microscópico, la temperatura está relacionada con la energía cinética promedio de las partículas (átomos o moléculas) que componen un sistema.
Movimiento aleatorio: Las partículas están en constante movimiento, vibrando y chocando entre sí. A mayor temperatura, mayor es la velocidad promedio de estas partículas y mayor es la energía cinética asociada a ese movimiento.
Distribución de velocidades: La distribución de velocidades de las partículas sigue una ley estadística conocida como distribución de Maxwell-Boltzmann. Esta distribución nos indica la probabilidad de que una partícula tenga una determinada velocidad a una temperatura dada.

3.2 Equilibrio térmico. 


El equilibrio térmico consiste en el estado de dos cuerpos que entran en contacto con una superficie conductora y tienen la capacidad de igualar su temperatura debido a que se produce transferencia de calor desde un objeto hacia el otro.

Por ejemplo, si tenemos dos objetos y uno está caliente y el otro frío, la transferencia de calor para lograr el equilibrio térmico se realizará desde el objeto con la temperatura más elevada hacia el otro. Esto ocurrirá hasta que los dos cuerpos alcancen el mismo nivel de calor y logren mantenerlo en forma constante.

El fenómeno del equilibrio térmico se puede explicar teniendo en cuenta que la temperatura de los objetos depende de su energía cinética y de las moléculas con las que cuenta. Estas últimas se denominan energía interna y son las que se transfieren de un cuerpo al otro.

3.3 Medida de la temperatura. 


La temperatura es una magnitud intensiva y describe el estado de energía de la materia. Todos los materiales tienen átomos y moléculas que están en constante movimiento, vibrando o rotando. Simplificando este difícil tema, cuanto más se mueven, mayor temperatura tendrá el material. La temperatura de un objeto se puede definir como la energía cinética media de sus átomos y moléculas, una definición de temperatura que podemos entender con relativa facilidad. El Kelvin es la unidad de magnitud física fundamental denominada temperatura termodinámica (T) y, desde 2019, el kelvin se define con la constante de Boltzmann.

En los últimos siglos se han desarrollado varias escalas y unidades de temperatura distintas. Y dado que se han empleado diferentes escalas en diversas partes del mundo, aún hay varias escalas diferentes en uso.

3.4 El calor como una forma de energía. 


El calor es una forma de energía asociada al movimiento de los átomos, moléculas y otras partículas que forman la materia. El calor puede ser generado por reacciones químicas (como en la combustión), nucleares (como en la fusión nuclear de los átomos de hidrógeno que tienen lugar en el interior del Sol), disipación electromagnética (como en los hornos de microondas) o por disipación mecánica (fricción). Su concepto está ligado al Principio Cero de la Termodinámica, según el cual dos cuerpos en contacto intercambian energía hasta que su temperatura se equilibre. El calor puede ser transferido entre objetos por diferentes mecanismos, entre los que cabe reseñar la radiación, la conducción y la convección, aunque en la mayoría de los procesos reales todos los mecanismos anteriores se encuentran presentes en mayor o menor grado.

3.5 La cantidad de calor y el calor específico. 


La Cantidad de calor se define como la energía cedida o absorbida por un cuerpo de masa cuando su temperatura varía en un número determinado de grados. Está relacionada directamente con la naturaleza de la sustancia que compone el cuerpo.


El calor especifico de la sustancia se representa con la letra © y se puede definir como la cantidad de calor requerida por la unidad de masa de una sustancia para variar su temperatura en 1° C el calor especifico © se expresa en unidades de energía como: Joule (j), kilocaloría (Kcal), caloría (cal), entre otras.

La formula que nos permite determinar la cantidad de calor (Q) cedida o absorbida por un cuerpo de masa y calor especifico, cuando su temperatura inicial varia hasta la temperatura final se puede calcular mediante la formula:      Q= c m (TF- TI)

3.6 La conducción del calor. 


La conducción del calor es el proceso por el cual el calor se transmite a través de un material sin intercambio de materia, es decir, sin flujo de partículas. Este proceso se produce debido a la agitación térmica de las moléculas o átomos del material, que se traduce en un movimiento aleatorio de las partículas que comparten la energía térmica.

La ecuación de conducción, también conocida como ley de Fourier, describe el flujo de calor (Q) a través de un material: Q = -k * A * (dT/dx)

3.7 Dilatación térmica


De una forma general, cuando aumentamos la temperatura de un cuerpo (sólido o líquido), aumentamos la agitación de las partículas que forman ese cuerpo. Esto causa un alejamiento entre las partículas, resultando en un aumento en las dimensiones del cuerpo (dilatación térmica). Por otra parte, una disminución en la temperatura de un cuerpo, acarrea una reducción en sus dimensiones  (construcción térmica)