3.4. Energía térmica

Si pudieramos observar una sustancia a nivel molecular veríamos que sus moléculas no están quietas, se agitan a diferentes velocidades. Cada una de estas partículas tiene pues una energía cinética. Para conocer la energía total de este tipo que tiene un sistema habría que sumar las energías cinéticas de todas sus moléculas, esto es algo que no tiene sentido.

En su lugar se define una propiedad macroscópica que nos indica el grado de agitación que en promedio tienen las moléculas. Esta propiedad es la temperatura.

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Imagen 14. Termómetro de mercurio

Temperatura:

Magnitud que indica el grado de agitación de las moléculas de una sustancia, su valor está asociado a la energía cinética promedio del sistema.

 

Energía térmica:

Energía que tiene un sistema debida a la agitación de las moléculas que lo forman.


Es decir la temperatura representa el grado de agitación de las moléculas de un sistema, a mayor agitación más temperatura.
 
Por otro lado la experiencia dice que cuando ponemos en contacto dos cuerpos a diferente temperatura, el que está a una temperatura mayor cede parte de su energía (disminuye su temperatura) al que está a menor temperatura (aumenta su temperatura). Este proceso termina cuando las temperaturas de los cuerpos se han igualado. En ese instante se dice que el sistema ha alcanzado el equilibrio térmico y a la energía que ha pasado de un cuerpo a otro se le llamará calor.
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Calor:

Energía que fluye desde un cuerpo que se encuentra una cierta temperatura a otro que se encuentra a una temperatura inferior.


El calor es pues una forma de energía en transito entre dos cuerpos. Esta energía puede ser almacenada por los cuerpos en forma de energía térmica.

Cuando dos cuerpos a diferente temperatura alcanzan el equilibrio térmico (cuando sus temperaturas se igualan), la cantidad de energía que ha pasado del cuerpo "caliente" al "frío" en forma de calor depende de tres factores:

  • La masa del sistema (m)
  • De un coeficiente llamado calor específico (ce). Este valor es característico de cada sustancia e indica la cantidad de calor que hay que suministrar a un kg de material para aumentar su temperatura un grado kelvin.
  • Del incremento de temperatura del elemento: (ΔT = Tf-Ti), donde Tf es la temperatura final que ha alcanzado el sistema y Ti es la temperatura inicial del elemento. 

Es decir:

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El calor comunicado o desprendido para que un sistema de m kg pase de una temperatura inicial Ti a una temperatura final Tf viene dado por:

Donde ce es el calor específico de la sustancia.


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Calcula la cantidad de energía térmica acumulada en el agua del radiador de un automóvil en el que la temperatura ha pasado de 7ºC a 93 ºC antes de entrar en funcionamiento el ventilador, si en el radiador caben 2,3 litros. ce= 1 kcal/kg.K

Imagen 15. Transmisión de calor por convección

Formas de intercambio de la energía térmica

La energía térmica o calorífica se puede transmitir de tres formas diferentes:

  • Radiación: El calor se transmite en forma de ondas electromagnéticas, de modo que un cuerpo más cliente irradia calor en todas las direcciones.
  • Convección: Este tipo de transmisión se da en los fluidos, tanto líquidos como gaseosos, ya que al calentarse disminuyen su densidad y pasan sus moléculas a ocupar la zona superior , por lo que el lugar vacante es reemplazado por nuevas moléculas frías, estableciéndose una corriente llamada convección.
  • Conducción: El calor es transmitido entre dos cuerpos que tengan diferentes temperaturas por medio de un contacto físico, hasta que se igualen las temperaturas de los cuerpos.
Tabla de calores específicos
A continuación tienes una tabla en la que aparecen los calores específicos de varias sustancias.  Esta información extraída de Wikipedia, la enciclopedia libre te será útil para la resolución de problemas.
Wikipedia:Artículos buenos

Sustancia Fase cp
(másico)
kJ Kg−1 K−1		 cp
(molar)
kJ mol−1 K−1
Gas monoatómico (Ideal) gas   \begin{matrix} \frac{5}{2} \end{matrix}R = 20.8
Helio gas 5,1932 20,8
Argón gas 0,5203 20,8
Gas diatómico (Ideal) gas   \begin{matrix} \frac{7}{2} \end{matrix}R = 29.1
Hidrógeno gas 14,30 28,82
Nitrógeno gas 1,040 29,12
Oxígeno gas 0,918 29,4
Aire (en condiciones típicas de habitación[3]) gas 1,012 29,19
Aluminio sólido 0,897 24,2
Amoniaco líquido 4,700 80,08
Antimonio sólido 0,207 25,2
Arsénico sólido 0,328 24,6
Berilio sólido 1,82 16,4
Cobre sólido 0,385 24,47
Diamante sólido 0,5091 6,115
Etanol líquido 2,44 112
Gasolina líquido 2,22 228
Oro sólido 0,1291 25,42
Grafito sólido 0,710 8,53
Hierro sólido 0,450 25,1
Plomo sólido 0,127 26,4
Litio sólido 3,58 24,8
Magnesio sólido 1,02 24,9
Mercurio líquido 0,1395 27,98
Neón gas 1,0301 20,7862
cera de parafina sólido 2,5 900
Sílice (fundido) sólido 0,703 42,2
Uranio sólido 0,116 27,7
Agua gas (100 °C) 2,080 37,47
Agua líquido (25 °C) 4,1813 75,327
Agua sólido (0 °C) 2,114 38,09
Todas las medidas son a 25 °C a menos que se indique lo contrario,
Los mínimos y máximos notables se muestran en negrita.

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¿Cómo se definen las distintas escalas termométricas?
- http://www.textoscientificos.com/fisica/escalastermometricas

Animación flash de cambio de unidades de temperatura.

- http://www.juntadeandalucia.es/averroes/recursos_informaticos/andared02/leyes_gases/flash/escalas.swf

 


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