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Calor y energía térmica son términos que utilizamos para describir el nivel de actividad de las moléculas de un objeto. Un objeto con moléculas muy “excitadas” y que se mueven rápidamente se conoce como caliente, mientras que un objeto con moléculas cuyos átomos se mueven menos rápidamente se conoce como frío. La energía calorífica, o energía térmica, puede transferirse entre objetos. Así, el calor se refiere a esta transferencia de energía entre objetos, mientras que la temperatura se refiere a la energía contenida en el interior de los objetos.
Ejemplos cotidianos de energía térmicaHay tres formas básicas de transferir la energía térmica: convección, conducción y radiación. La convección transfiere la energía térmica a través de gases o líquidos. La conducción transfiere la energía térmica de un sólido a otro. La radiación transfiere el calor en forma de ondas o partículas a través de lugares donde no hay moléculas. Es una forma de energía electromagnética. Estos son algunos ejemplos comunes de energía térmica.
Calentamiento Así pues, la energía térmica procede de un objeto o sustancia cuyas moléculas y átomos se mueven más rápidamente debido a un aumento de la temperatura. Ahora que has visto muchos ejemplos de energía térmica, la próxima vez que tu mascota se suba a tu regazo podrás experimentar de primera mano cómo funciona la energía térmica.
El calor es una forma de transferencia de energía de un
Simulación de convección térmica en el manto terrestre. Los colores van desde el rojo y el verde hasta el azul con la disminución de las temperaturas. Una capa límite inferior caliente y menos densa envía penachos de material caliente hacia arriba, y el material frío de la parte superior se desplaza hacia abajo.
La transferencia de calor es una disciplina de la ingeniería térmica que se ocupa de la generación, uso, conversión e intercambio de energía térmica (calor) entre sistemas físicos. La transferencia de calor se clasifica en varios mecanismos, como la conducción térmica, la convección térmica, la radiación térmica y la transferencia de energía por cambios de fase. Los ingenieros también consideran la transferencia de masa de diferentes especies químicas (transferencia de masa en forma de advección), ya sea fría o caliente, para lograr la transferencia de calor. Aunque estos mecanismos tienen características distintas, a menudo se producen simultáneamente en el mismo sistema.
La conducción de calor, también llamada difusión, es el intercambio microscópico directo de energía cinética de partículas (como las moléculas) o cuasipartículas (como las ondas de red) a través de la frontera entre dos sistemas. Cuando un objeto se encuentra a una temperatura diferente de la de otro cuerpo o de su entorno, el calor fluye para que el cuerpo y el entorno alcancen la misma temperatura, momento en el que se encuentran en equilibrio térmico. Esta transferencia de calor espontánea se produce siempre desde una región de alta temperatura a otra de menor temperatura, tal y como se describe en la segunda ley de la termodinámica.
Tipos de energía
Tan interesantes como los efectos de la transferencia de calor en un sistema son los métodos por los que ésta se produce. Siempre que hay una diferencia de temperatura, se produce una transferencia de calor. La transferencia de calor puede producirse rápidamente, como a través de una sartén, o lentamente, como a través de las paredes de una nevera de picnic. Podemos controlar las tasas de transferencia de calor eligiendo materiales (como la ropa de lana gruesa para el invierno), controlando el movimiento del aire (como el uso de burletes alrededor de las puertas) o eligiendo el color (como un techo blanco para reflejar la luz del sol en verano). Son muchos los procesos que implican transferencia de calor, por lo que es difícil imaginar una situación en la que no se produzca. Sin embargo, todos los procesos que implican una transferencia de calor se llevan a cabo mediante sólo tres métodos:
Figura 1. En una chimenea, la transferencia de calor se produce por los tres métodos: conducción, convección y radiación. La radiación es responsable de la mayor parte del calor que se transfiere a la habitación. La transferencia de calor también se produce por conducción en la habitación, pero a un ritmo mucho más lento. La transferencia de calor por convección también se produce a través del aire frío que entra en la habitación alrededor de las ventanas y el aire caliente que sale de la habitación subiendo por la chimenea.
El calor es una forma de energía y puede hacer
La mayoría de la gente utiliza la palabra calor para describir algo que se siente caliente, sin embargo en la ciencia, las ecuaciones termodinámicas, en particular, el calor se define como el flujo de energía entre dos sistemas por medio de la energía cinética. Esto puede adoptar la forma de transferencia de energía de un objeto caliente a otro más frío. Dicho de forma más sencilla, la energía térmica, también llamada energía térmica o simplemente calor, se transfiere de un lugar a otro mediante el rebote de partículas entre sí. Toda la materia contiene energía térmica, y cuanta más energía térmica haya, más caliente estará un objeto o zona.
La distinción entre calor y temperatura es sutil pero muy importante. El calor se refiere a la transferencia de energía entre sistemas (o cuerpos), mientras que la temperatura viene determinada por la energía contenida en un sistema (o cuerpo) singular. En otras palabras, el calor es energía, mientras que la temperatura es una medida de energía. Si se añade calor, la temperatura de un cuerpo aumenta, mientras que si se quita, la temperatura disminuye, por lo que los cambios de temperatura son el resultado de la presencia de calor o, por el contrario, de la falta de calor.
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