8.6. EL CALOR

Para hablar de calor, primero tenemos que hablar de equilibrio térmico. Decimos que dos cuerpos, A y B, están en equilibrio térmico si ambos están a la misma temperatura. Si un cuerpo A tiene una temperatura superior que la de un cuerpo B, es decir, T_A>T_B, se cumple que:

Entonces, el calor es la energía que transita desde el cuerpo que está a mayor temperatura, hasta el cuerpo que está a menor temperatura. Su unidad en el SI, al tratarse de una energía, es el julio, J, aunque puede emplearse la caloría.

De ahora en adelante, si tenemos que pasar de calorías a julos o viceversa, utilizaremos estas equivalencias como factores de conversión.

Recapitulando: la temperatura es la magnitud física que mide el grado de agitación térmica de las partículas de un objeto o sistema material; mientras que el calor es la magnitud física que mide la energía que transita desde un cuerpo o sistema material a otro cuando están a distinta temperatura. ¡NO CONFUNDAMOS ESTO!

EL CALOR PUEDE PROVOCAR CAMBIOS FÍSICOS

1. Variación de la temperatura

Si un cuerpo A cede calor a un cuerpo B, la temperatura del cuerpo A disminuye, y la del cuerpo B aumenta.

2. Cambio en el estado de agregación

Si la temperatura de un cuerpo aumenta o disminuye hasta las temperaturas características de fusión (o congelación) o ebullición (o condensación), tiene lugar un cambio de estado. Durante el cambio de estado, la temperatura no varía, pues, como ya estudiamos en el tema 8, dicha energía ganada o perdida se invierte en reestructurar las moléculas del cuerpo o sistema material, no en variar su energía térmica.

3. Variación de las dimensiones

Cuando un cuerpo o sistema material intercambia energía en forma de calor con su entorno, sus dimensiones varían, dando lugar a: una dilatación, si el cuerpo aumenta de tamaño; o una contracción, si el cuerpo disminuye de tamaño.

Esto puede demostrarse con el anillo de Gravesande, y es la razón por la que las vías de tren se separan unas de otras unos centímetros, evitando así deformaciones en estaciones cálidas como el verano.

EL CALOR PUEDE PROVOCAR CAMBIOS QUÍMICOS

El calor también provoca cambios químicos en los sistemas materiales, y resulta evidente cuando dejamos una fruta fuera del frigorífico, empeorando su aspecto notablemente al cabo de un tiempo.

Otro ejemplo es el del óxido de mercurio, que es un sólido rojo que por acción del calor se descompone en mercurio y oxígeno. En la siguiente imagen se muestra como al aplicar calor, el mercurio queda adherido a las paredes del tubo de ensayo.

Existen tres mecanismos de propagación del calor:

• Conducción

Es el mecanismo mediante el cual se propaga el calor a través de los sólidos en contacto. No hay transporte de materia.

• Convección

La convección es el mecanismo mediante el cual se propaga el calor a través de los fluidos. Este mecanismo sí implica un transporte de materia.

• Radiación

La radiación es el mecanismo mediante el cual se propaga el calor en el vacío, es decir, en ausencia de un medio material.

CONDUCTORES TÉRMICOS

Un conductor térmico es un material a través del cual la conducción del calor es bastante rápida.

Los mejores conductores térmicos son los metales o aleaciones (mezclas de metales). La capacidad para transmitir el calor viene dada por una magnitud física denominada conductividad térmica. Mayor conductividad térmica implica mejores capacidades de conducción del calor.

AISLANTES TÉRMICOS

Un conductor térmico es un material a través del cual la conducción del calor es bastante rápida.

Los mejores conductores térmicos son los metales o aleaciones (mezclas de metales). La capacidad para transmitir el calor viene dada por una magnitud física denominada conductividad térmica. Mayor conductividad térmica implica mejores capacidades de conducción del calor.

CONDUCTORES Y AISLANTES TÉRMICOS EN LA SOCIEDAD

En ocasiones necesitamos materiales que sean buenos conductores térmicos, por ejemplo, en los recipientes de cocina, para que se caliente el alimento en su interior. En otras ocasiones necesitamos lo contrario, por ejemplo, los mangos de los recipientes de cocina, pues así evitamos quemarnos cuando los cogemos.

Un ejemplo muy importante en la sociedad es el aislamiento térmico de los edificios. Un buen aislamiento térmico garantiza unos bajos costes de calefacción en invierno y refrigeración en verano. Veamos como es el aislamiento térmico de un edificio:

- Invierno. Como la temperatura exterior es menor que la interior del edificio, existe un flujo natural de calor desde dentro del edificio hacia el exterior a través de ventanas, techos, etc. Si el aislamiento no es bueno, el edificio perderá mucho calor hacia el exterior, y será necesario gastar más y más dinero para mantenerlo caliente.

- En verano la situación es opuesta. La temperatura del exterior es mayor que la del interior del edificio, por lo que existe un flujo natural de calor desde el exterior del edificio hacia el interior. Igualmente, será necesario el empleo de aparatos de refrigeración que, obviamente, consumen energía.