En el área de Física, y en
concordancia con lo desarrollado en clase, se
propuso la tarea realizar un trabajo de
tipo teórico, el cual recopilara la mayor cantidad de
información posible acerca de el calor,
la temperatura
y otros conceptos relacionados, como termodinámica y los cambios de estado.
El trabajo cuenta con una portada con los datos
básicos de la obra: el tema, lugar donde se levo a cabo,
autores, materia,
docente a cargo, fecha y lugar de entrega.
Seguido de ello se presenta un índice y una
introducción. A continuación se
encuentra el cuerpo de la obra, dividido en cinco partes
correspondientes al tema a tratar.
Para finalizar se presenta una conclusión que
resume los puntos básicos de la obra, seguida de una
bibliografía, que
demuestra de donde se ha extraído la información,
y por último la respectiva marca del
autor.
Para la física, es la transferencia de
energía de una parte a otra de un cuerpo, o entre
diferentes cuerpos, en debido a una diferencia de temperatura.
El calor es energía en tránsito; siempre fluye de
una zona de mayor temperatura a una zona de menor temperatura,
con lo que eleva la temperatura de la segunda y reduce la de la
primera, siempre que el volumen de los
cuerpos se mantenga constante. La energía no fluye desde
un objeto de temperatura baja a un objeto de temperatura alta
si no se realiza trabajo. Existen una serie de conceptos
relacionados con el calor, entre los que podemos
encontrar:
- Energía Interna: cantidad
total de todas las clases de energía que posee un
cuerpo, las cuales se pueden manifestar según las
propiedades de éste. Por ejemplo, un metal que posee
varios tipos de energía (calórica, potencial
gravitacional, química…), puede manifestar la
que suscite al momento; si éste es alcanzado por un
rayo, esa energía es la que
manifestará. - Caloría: es una antigua unidad que
sirve para medir las cantidades de calor. La
caloría-gramo (cal), suele definirse como la cantidad
de calor necesario para elevar la temperatura de 1 gramo de
agua, por
ejemplo, de 14,5 a 15,5 °C. La definición
más habitual es que 1 caloría es igual a 4,1840
joules. En ingeniería se emplea la caloría
internacional, que equivale a 1/860 vatios/hora (4,1868 J).
Una caloría grande o kilocaloría (Cal), muchas
veces denominada también caloría, es igual a
1.000 calorías-gramo, y se emplea en dietética
para indicar el valor
energético de los alimentos. - Calor Específico: es la
cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de una
unidad de masa de una sustancia en un grado. En el Sistema
Internacional de unidades, el calor específico se
expresa en julios por kilogramo y kelvin; en ocasiones
también se expresa en calorías por gramo y
grado centígrado. El calor específico del agua
es una caloría por gramo y grado centígrado, es
decir, hay que suministrar una caloría a un gramo de
agua para elevar su temperatura en un grado
centígrado. - Dilatación térmica:
Aumento del volumen de los cuerpos al calentarse. Es mayor en
los gases que
en los líquidos y reducida en los sólidos.
Además varía según la composición
química de los cuerpos.
Transferencia del
Calor
En los sólidos, la única forma de
transferencia de calor es la conducción, la cual se da
por contacto directo entre las sustancias. Por ejemplo, si se
calienta un extremo de una varilla metálica, de forma
que aumente su temperatura, el calor se transmite hasta el
extremo más frío por conducción. No se
comprende en su totalidad el mecanismo exacto de la
conducción de calor en los sólidos, pero se cree
que se debe, en parte, al movimiento
de los electrones libres que transportan energía cuando
existe una diferencia de temperatura y el movimiento que los
mismos átomos ejercen. Esta teoría explica por qué los buenos
conductores eléctricos también tienden a ser
buenos conductores del calor, como lo son los metales de
transición interna.
Si existe una diferencia de temperatura en el interior
de un líquido o un gas, es casi
seguro que
se producirá un movimiento del fluido. Este movimiento
transfiere calor de una parte del fluido a otra por un proceso
llamado convección. El movimiento del fluido puede ser
natural o forzado. Si se calienta un líquido o un gas,
su densidad (masa
por unidad de volumen) suele disminuir. Si el líquido o
gas se encuentra en el campo gravitatorio, el fluido más
caliente y menos denso asciende, mientras que el fluido
más frío y más denso desciende. Este tipo
de movimiento, debido exclusivamente a la no uniformidad de la
temperatura del fluido, se denomina convección natural.
La convección forzada se logra sometiendo el fluido a un
gradiente de presiones, con lo que se fuerza su
movimiento de acuerdo a las leyes de la
mecánica de fluidos.
Supongamos, por ejemplo, que calentamos desde abajo
una cacerola llena de agua. El líquido más
próximo al fondo se calienta por el calor que se ha
transmitido por conducción a través de la
cacerola. Al expandirse, su densidad disminuye y como resultado
de ello el agua
caliente asciende y parte del fluido más frío
baja hacia el fondo, con lo que se inicia un movimiento de
circulación. El líquido más frío
vuelve a calentarse por conducción, mientras que el
líquido más caliente situado arriba pierde parte
de su calor por radiación y lo cede al aire situado
por encima.
• Por Radiación
La radiación presenta una diferencia
respecto a la conducción y la convección: las
sustancias que intercambian calor no tienen que estar en
contacto, sino que pueden estar separadas por un vacío.
La radiación es un término que se aplica
genéricamente a toda clase de fenómenos
relacionados con ondas
electromagnéticas. La única explicación
general satisfactoria de la radiación
electromagnética es la teoría cuántica. En
1905, Albert
Einstein sugirió que la radiación se
comporta, a veces, como minúsculos proyectiles llamados
fotones y no como ondas. Para cada temperatura y cada longitud
de onda existe un máximo de energía radiante.
Sólo un cuerpo ideal (cuerpo negro) emite
radiación ajustándose exactamente a la ley de Planck.
Los cuerpos reales emiten con una intensidad algo
menor.
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superior
La contribución de todas las
longitudes de onda a la energía radiante emitida se
denomina poder emisor
del cuerpo, y corresponde a la cantidad de energía
emitida por unidad de superficie del cuerpo y por unidad de
tiempo.
Según la ley de Planck, todas las sustancias emiten
energía radiante sólo por tener una temperatura
superior al cero absoluto. Cuanto mayor es la temperatura,
mayor es la cantidad de energía emitida. Además
de emitir radiación, todas las sustancias son capaces de
absorberla. Las superficies opacas pueden absorber o
reflejar la radiación incidente. Generalmente, las
superficies mates y rugosas absorben más calor que las
superficies brillantes y pulidas, y las superficies brillantes
reflejan más energía radiante que las superficies
mates. Además, las sustancias que absorben mucha
radiación también son buenos emisores; las que
reflejan mucha radiación y absorben poco son malos
emisores. Algunas sustancias, entre ellas muchos
gases y el vidrio, son
capaces de transmitir grandes cantidades de radiación.
El vidrio, por ejemplo, transmite grandes cantidades de
radiación ultravioleta, de baja longitud de onda, pero
es un mal transmisor de los rayos infrarrojos, de alta longitud
de onda.
Mediante el contacto de la epidermis con un objeto se
perciben sensaciones de frío o de calor. Los conceptos
de calor y frío son totalmente relativos y sólo
se pueden establecer con la relación a un cuerpo de
referencia como, por ejemplo, la mano del hombre. Lo
que se percibe con más precisión es la
temperatura del objeto o, más exactamente
todavía, la diferencia entre la temperatura del mismo y
la de la mano que la toca. Ahora bien, aunque la
sensación experimentada sea tanto más intensa
cuanto más elevada sea la temperatura, se trata
sólo una apreciación muy poco exacta que no puede
considerarse como medida de temperatura. Para efectuar esta
última se utilizan otras propiedades del calor, como la
dilatación, cuyos efectos son susceptibles. Temperatura
es, entonces, la cantidad de calor que posee un
cuerpo.
Con muy pocas excepciones todos los cuerpos aumentan
de volumen al calentarse y diminuyen cuando se enfrían.
En caso de los sólidos, el volumen suele incrementarse
en todas las direcciones se puede observar este fenómeno
en una de ellas con experiencia del pirómetro del
cuadrante. Éste consta de una barra metálica
apoyada en dos soportes, uno de los cuales se fija con un
tornillo, mientras que el otro puede deslizarse y empujar una
palanca acodada terminada por una aguja que recorre un
cuadrante o escala
cuadrada. Cuando, mediante un mechero, se calienta fuertemente
la barra, está se dilata y el valor del alargamiento,
ampliado por la palanca, aparece en el cuadrante.
Otro experimento igualmente característico es
el llamado del anillo de Gravesande. Este aparato se compone de
un soporte del que cuelga una esfera metálica cuyo
diámetro es ligeramente inferior al de un anillo el
mismo metal por el cual puede pasar cuando las dos piezas
están a l a misma temperatura. Si se calienta la esfera
dejando el anillo a la temperatura ordinaria, aquella se dilata
y no pasa por el anillo; en cambio puede
volver a hacerlo una vez enfriada o en el caso en que se hayan
calentando simultáneamente y a la misma temperatura la
esfera y el anillo.
La dilatación es, por consiguiente, una primera
propiedad
térmica de los cuerpos, que permite llegar a la
noción de la temperatura. La segunda magnitud
fundamental es la cantidad de calor que se supone reciben o
ceden los cuerpos al calentarse o al enfriarse,
respectivamente.
La cantidad de calor que hay que proporcionar a un
cuerpo para que su temperatura aumente en un número de
unidades determinado es tanto mayor cuanto más elevada
es la masa de dicho cuerpo y es proporcional a lo que se
denomina calor específico de la sustancia de que
está constituido. Cuando se calienta un cuerpo en uno de
sus puntos, el calor se propaga a los que son próximos y
la diferencia de temperatura entre el punto calentado
directamente y otro situado a cierta distancia es tanto menor
cuando mejor conducto del calor es dicho cuerpo.
Se desprende de lo anterior que el estudio del calor
sólo puede hacerse después de haber definido de
una exacta los dos términos relativos al propio calor,
es decir, la temperatura, que se expresa en grados, y la
cantidad de calor, que se expresa en
calorías.
Cinco escalas diferentes de temperatura están
en uso en estos días: la Celsius, conocida
también como escala centígrada, la
Fahrenheit, la Kelvin, la Rankine, y la
escala internacional de temperatura
termodinámica. La escala centígrada, con
un punto de congelación de 0° C y un punto de
ebullición de 100°C, se usa ampliamente en todo el
mundo, particularmente para el trabajo
científico, aunque que se destituida oficialmente en
1950 por la escala internacional de temperatura.
La escala Fahrenheit, usada en países de habla
inglesa es usada no solo con propósitos de trabajo
científico sino con otros y con base en el termómetro de mercurio, el punto de
congelación del agua se define en 32° F y el punto
de ebullición en 212° F. En la escala Kelvin, la
más usualmente usada en escala termodinámica de
temperatura, el cero se define como el cero absoluto de la
temperatura, que es, -273.15°C ó -459.67° F.
Otra escala que emplea el cero absoluto como su punto
más bajo es la escala de Rankine, en la cual cada grado
de temperatura es equivalente a un grado de la escala
Fahrenheit. El punto de congelación del agua en la
escala de Rankine es de 492° R, y el punto de
ebullición es de 672° R.
En 1933 científicos de 31 naciones
adoptaron una escala de temperatura internacional nueva con
puntos adicionales fijos de temperatura, con base en la escala
de Kelvin y con principios
termodinámicos. La escala internacional es con base en
la propiedad eléctrica de resistencia,
con cable de platino como la temperatura base entre los
-190° y 660° C. Arriba de los 660° C, hasta el
punto de derretimiento del oro,
1063° C, se usa para puntos de temperatura mas altos, a
partir de este punto las mediciones de temperatura son medidas
por el llamado pirometro óptico, que usa la intensidad
de luz de una onda
emitida por un cuerpo caliente para el
propósito.
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Pasaje de Escalas
Comunes
Las dos escalas de temperatura de uso común son
la Celsius (llamada anteriormente
‘’centígrada’’) y la Fahrenheit.
Estas se encuentran definidas en términos de la escala
Kelvin, que es la escala fundamental de temperatura en la
ciencia.
La escala Celsius de temperatura usa la unidad
‘’grado Celsius’’ (símbolo 0C),
igual a la unidad ‘’Kelvin’’. Por esto,
los intervalos de temperatura tienen el mismo valor
numérico en las escalas Celsius y Kelvin. La
definición original de la escala Celsius se ha
sustituido por otra que es más conveniente. Sí
hacemos que Tc represente la escala de temperatura,
entonces:
Tc = T –
273.150
…relaciona la temperatura Celsius Tc (0C) y la
temperatura Kelvin T(K). Vemos que el punto triple del agua
(=273.16K por definición), corresponde a 0.010º C.
La escala Celsius se definió de tal manera que la
temperatura a la que el hielo y el aire saturado con agua se
encuentran en equilibrio a
la presión
atmosférica, el llamado punto de hielo es 0.00 º C
y la temperatura a la que el vapor y el agua liquida,
están en equilibrio a 1 atm. de
presión, punto del vapor, es de 100.00 º
C.
La escala Fahrenheit, todavía se usa en algunos
países que emplean el idioma ingles aunque usualmente no
se usa en el trabajo científico. Se define que la
relación entre las escalas Fahrenheit y Celsius
es:
De esta relación podemos concluir que el punto
del hielo (0.00 º C) es igual a 32.0 º F, y que el
punto del vapor (100.0 º C) es igual a 212.0 0F, y que un
grado Fahrenheit es exactamente igual 5/9 del tamaño de
un grado Celsius.
ESTADOS DE
AGRAGACION DE LA MATERIA
Los diferentes estados en que podemos encontrar la
materia de este universo en el
que vivimos se denominan estados de agregación de la
materia, porque son las distintas maneras en que la materia se
"agrega", distintas presentaciones de un conjunto de
átomos.
Los estados de la materia son cinco: Sólido,
Líquido, Gaseoso, Plasma, Condensado de
Bose-Einstein.
Los tres primeros son de sobra conocidos por todos
nosotros y los encontramos en numerosas experiencias de nuestro
día a día. El sólido lo experimentamos en
los objetos que utilizamos, el líquido en el agua que
bebemos y el gas en el aire que respiramos, en tanto que los
otros son nos rodean, aunque los experimentamos de forma
indirecta.
Es interesante analizar que los griegos
sostenían que el universo
estaba formado por cuatro elementos: aire, agua, tierra y
fuego. Haciendo un símil, podríamos asignar un
elemento físico a cada elemento
filosófico:
Aire – Gas
Agua – Líquido
Tierra – Sólido
Fuego – Plasma
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Esta figura muestra los
cuatro estados de la materia: sólido, líquido,
gaseoso, y plasma. Si tomas al agua como un ejemplo de materia,
los primeros tres estados son los siguientes: hielo, agua, vapor.
El estado de
plasma del agua estaría formado por núcleos de
hidrógeno y electrones.
Estados comunes de
Agregación de la
Materia
• Estado Sólido
Los sólidos se caracterizan por tener forma y
volumen constantes. Esto se debe a que las partículas
que los forman están unidas por unas fuerzas de
atracción grandes de modo que ocupan posiciones casi
fijas. En el estado sólido las partículas
solamente pueden moverse vibrando u oscilando alrededor de
posiciones fijas, pero no pueden moverse trasladándose
libremente a lo largo del sólido. Las partículas
en el estado sólido propiamente dicho, se disponen de
forma ordenada, con una regularidad espacial geométrica,
que da lugar a diversas estructuras
cristalinas. Al aumentar la temperatura aumenta la
vibración de las partículas.
• Estado
Líquido
Los líquidos, al igual que los sólidos,
tienen volumen constante. En los líquidos las
partículas están unidas por unas fuerzas de
atracción menores que en los sólidos, por esta
razón las partículas de un líquido pueden
trasladarse con libertad. El
número de partículas por unidad de volumen es muy
alto, por ello son muy frecuentes las colisiones y fricciones
entre ellas. Así se explica que los líquidos no
tengan forma fija y adopten la forma del recipiente que los
contiene. También se explican propiedades como la
fluidez o la
viscosidad. En los líquidos el
movimiento es desordenado, pero existen asociaciones de varias
partículas que, como si fueran una, se mueven al
unísono. Al aumentar la temperatura aumenta la movilidad
de las partículas (su energía).
• Estado Gaseoso
Los gases, igual que los líquidos, no tienen
forma fija pero, a diferencia de éstos, su volumen
tampoco es fijo. También son fluidos, como los
líquidos.
En los gases, las fuerzas que mantienen unidas las
partículas son muy pequeñas. En un gas el
número de partículas por unidad de volumen es
también muy pequeño.
Las partículas se mueven de forma desordenada, con
choques entre ellas y con las paredes del recipiente que los
contiene. Esto explica las propiedades de expansibilidad y
compresibilidad que presentan los gases: sus partículas
se mueven libremente, de modo que ocupan todo el espacio
disponible. La compresibilidad tiene un límite, si se
reduce mucho el volumen en que se encuentra un gas éste
pasará a estado líquido.
Al aumentar la temperatura las partículas se mueven
más deprisa y chocan con más energía
contra las paredes del recipiente, por lo que aumenta la
presión
• Características
Físicas de los Estados
Comunes
Estado de | Sólido | Líquido | Gas |
Volumen | Definido | Definido | Indefinido |
Forma | Definida | Indefinida | Indefinida |
Compresibilidad | Incompresible | Incompresible | Compresible |
Atracción entre | Intensa | Moderada | Despreciable |
Otros
Estados
• Estado de Plasma o
Plasmático
El plasma es un gas ionizado, esto quiere decir que es
una especie de gas donde los átomos o moléculas
que lo componen han perdido parte de sus electrones o todos
ellos. Así, el plasma es un estado parecido al gas, pero
compuesto por electrones, cationes (iones con carga positiva) y
neutrones. En muchos casos, el estado de plasma se genera por
combustión.
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El Sol situado
en el centro de nuestro sistema
solar está en estado de plasma, no es sólido,
y los conocidos tubos fluorescentes contienen plasma en su
interior (vapor de mercurio). Las luces de neón y las
luces urbanas usan un principio similar. La ionosfera, que
rodea la tierra a
70-80 km de la superficie terrestre, se encuentra
también en estado de plasma. El viento solar,
responsable de las deliciosas auroras boreales, es un plasma
también. En realidad, el 99% de la material conocida del
universo se encuentra en estado de plasma. Aunque
también es verdad que sólo conocemos el 10% de la
material que compone el universo. Esto significa que el escaso
105 de materia que hemos estudiado, el 99% es plasma, o sea,
casi todo es plasma en el universo.
• Condensado de Bose –
Einstein
En 1920, Santyendra Nath Bose desarrolló una
estadística mediante la cual se estudiaba
cuándo dos fotones
debían ser considerados como iguales o diferentes.
Envió sus estudios a Albert Einstein, con el fin de que
le apoyara a publicar su novedoso estudio en la comunidad
científica y, además de apoyarle, Einstein
aplicó lo desarrollado por Bose a los átomos.
Predijeron en conjunto el quinto estado de la materia en 1924.
No todos los átomos siguen las reglas de la
estadística de Bose-Einstein. Sin embargo, los que lo
hacen, a muy bajas temperaturas, se encuentran todos en el
mismo nivel de energía.
Cambios de
Estado
Cuando un cuerpo, por acción del calor o del frío pasa
de un estado a otro, decimos que ha cambiado de estado. En el
caso del agua: cuando hace calor, el hielo se derrite y si
calentamos agua líquida vemos que se evapora. El resto
de las sustancias también puede cambiar de estado si se
modifican las condiciones en que se encuentran. Además
de la temperatura, también la presión influye en
el estado en que se encuentran las sustancias.
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La termodinámica se define como la ciencia de
la energía. La palabra termodinámica proviene de
los vocablos griegos thermos (calor) y dinamycs (potencia),
que describe los primeros esfuerzos por convertir el calor en
potencia. Hoy en día el mismo concepto abarca
todos los aspectos de la energía y sus transformaciones,
incluidas la producción de potencia, la refrigeración y las relaciones entre las
propiedades de la materia. Para ello ésta se basa en la
extracción de un conjunto de materia que se puede aislar
espacialmente y que coexiste con un entorno infinito e
imperturbable.
Ley cero de la
Termodinámica: "Equilibrio de
Energía"
Establece que: si un cuerpo A está en
equilibrio térmico con un cuerpo C y un cuerpo B
también está en equilibrio térmico con el
cuerpo C, entonces los cuerpos A y B están en equilibrio
térmico. Esta curiosa nomenclatura se
debe a que los científicos se dieron cuenta
tardíamente de la necesidad de postular lo que hoy se
conoce como la ley cero: si un sistema está en
equilibrio con otros dos, estos últimos, a su vez,
también están en equilibrio. Cuando los sistemas pueden
intercambiar calor, la ley cero postula que la temperatura es
una variable de estado, y que la condición para que dos
sistemas estén en equilibrio térmico es que se
hallen a igual temperatura.
1ª Ley de la
Termodinámica: "Ley de
conservación de la
Energía"
"La energía no se gana, se crea ni se
destruye, sólo se transforma. El universo conserva la
energía: si hay un incremento en la energía
interna de un sistema, debe haber un descenso equivalente en la
energía de su entorno, y viceversa."
Las primeras máquinas
térmicas construidas, fueron dispositivos muy
eficientes. Solo una pequeña fracción del calor
absorbido de la fuente de la alta temperatura se podía
convertir en trabajo útil. Aun al progresar la
ingeniería, una fracción del calor absorbido se
sigue descargando en el escape de una máquina a baja
temperatura, sin que pueda convertirse en energía
mecánica. Sigue siendo una esperanza
diseñar una maquina que pueda tomar calor de un
depósito abundante, como el océano y convertirlo
íntegramente en un trabajo útil. Entonces no
seria necesario contar con una fuente de calor con una
temperatura más alta que el medio
ambiente. De la misma manera, podría esperarse, que
se diseñara un refrigerador que simplemente transporte
calor, desde un cuerpo frío a un cuerpo caliente, sin
que tenga que gastarse trabajo exterior. A éstos
intentos se los denominan "móvil perpetuo de primera
especie".
Ninguna de estas aspiraciones ambiciosas violan la
primera ley de la termodinámica. La máquina
térmica sólo podría convertir
energía calorífica completamente en
energía mecánica, conservándose la
energía total del proceso. En el refrigerador
simplemente se transmitiría la energía
calorífica de un cuerpo frío a un cuerpo
caliente, sin que se perdiera la energía en el proceso.
Nunca se ha logrado ninguna de estas aspiraciones y hay razones
para que se crea que nunca se alcanzarán. Se basan en
los principios de Claucius y Kelvin-Plank, de la segunda ley.
Ellas eliminan la ambición de la máquina
térmica, ya que implica que no podemos producir trabajo
mecánico sacando calor de un solo depósito, sin
devolver ninguna cantidad de calor a un depósito que
esté a una temperatura más baja.
2ª Ley de la
Termodinámica: "Ley de
Entropía"
Es la más universal de las leyes
físicas; e introduce una definición de una
propiedad llamada entropía. "La entropía de un sistema aislado aumenta
con el tiempo o, en el mejor de los casos, permanece constante,
mientras que la entropía del universo, como un todo,
crece inexorablemente hacia un máximo". La
entropía se puede considerar como una medida de lo
próximo o no que se halla un sistema al equilibrio;
también se puede considerar como una medida del desorden
(espacial y térmico) del sistema. En su interpretación más general,
establece que cada instante el Universo se hace más
desordenado. Hay un deterioro general hacia el caos. Uno de los
patrones fundamentales de comportamiento que encontramos en el mundo
físico es la tendencia de las cosas a desgastarse y
agotarse. Las cosas tienden hacia un estado de equilibrio. En
todas partes podemos encontrar ejemplos de la Segunda Ley: los
edificios se derrumban, la gente envejece, las montañas
y las costas se erosionan, los recursos
naturales se agotan.
La 2ª ley de la Termodinámica, una ley
fundamental relacionada con la naturaleza
del calor. La cantidad perdida no permanece solo como calor,
sino que se convierte en calor a una menor temperatura, del
cual solo se puede transformar en otras formas de
energía una pequeña cantidad. Se podrían
solucionar todos los problemas de
energía de la humanidad si, por ejemplo, se pudiera
extraer la energía calorífica de los
océanos, dejándolos ligeramente más
fríos y convirtiendo el calor extraído en
electricidad, pero la 2ª ley nos dice que
eso no es posible. Se los llama "móvil perpetuo de
segunda especie", los cuales suponen une remota posibilidad mas
grande que los de primera especie.
Definición de Clausius
de la segunda ley: El calor no
puede, por sí mismo, pasar de un cuerpo más
frío a uno más caliente.
Definición de
Kelvin-Planck de la segunda
ley: Es imposible para un sistema experimentar un
proceso cíclico cuyo único resultado sea la
absorción de calor de un único depósito a
una única temperatura y la transformación en una
cantidad equivalente de trabajo.
3ª Ley de la
Termodinámica: "Ley del Cero
Absoluto"
En el análisis de muchas reacciones
químicas es necesario fijar un estado de referencia
para la entropía. Este siempre puede escogerse
algún nivel arbitrario de referencia cuando solo se
involucra un componente; para las tablas de vapor
convencionales se ha escogido 320F. Sobre la base de las
observaciones hechas por Nernst y por otros, Planck
estableció la tercera ley de la termodinámica en
1912, así: "La entropía de todos los
sólidos cristalinos perfectos es cero a la temperatura
de cero absoluto". Un cristal "perfecto" es aquel que esta en
equilibrio termodinámico. En consecuencia,
comúnmente se establece la tercera ley en forma
más general, como: "La entropía de cualquier
sustancia pura en equilibrio termodinámico tiende a cero
a medida que la temperatura tiende a cero". El tercer
principio de la termodinámica afirma que el cero
absoluto no se puede alcanzar por ningún procedimiento
que conste de un número finito de pasos. Es posible
acercarse indefinidamente al cero absoluto, pero nunca se puede
llegar a él. La temperatura puede disminuirse
retirando energía de un sistema, es decir, reduciendo la
intensidad del movimiento molecular. El cero absoluto
corresponde al estado de un sistema en el que todos sus
componentes están en reposo. Sin embargo, según
la mecánica
cuántica, incluso en el cero absoluto existe un
movimiento molecular fraccionario.
El calor, a través de los tiempos, con sus
diferentes formas y adaptaciones (calórico,
energía, fuerza vital –como mencionan los textos
del Medioevo -, etc…), es, haciendo caso a los
medievales, la "prima energía". Es uno de los
principales motores del
universo; si bien no el único, ya que comparte el puesto
con la gravedad (pero, aunque hablando bien, en
terminología geofísica, éste surge del
calor).
En base al trabajo realizado, se pueden determinar con
precisión y a manera de resumen algunos puntos
básicos:
- El calor es una forma de energía que se basa
en transmitir la agitación de las moléculas, ya
fuere por diversos medios
(conducción, convección, radiación), con
el objeto de cumplir con las leyes de la
termodinámica, principalmente la de
entropía. - La temperatura es la cantidad de calor que puede
tener un cuerpo, y se puede medir según diferentes
escalas. Las diferencias de escalas se deben solo a su campo
de aplicación. Se consideran los puntos extremos a los
extremos de la escala Rankine (mínima Tº:
0ºR / máxima Tº: 672ºR). - Toda la materia, así como cualquier
sustancia (menos la oscura), posee calor, o al menos
energía interna. A menos qué esta este en
estado de plasma o condensado de Bose – Einstein, puede
sufrir modificaciones, llamas cambios de estado, y su
estructura, en condiciones normales de
temperatura y presión, es llamada "estados de
agregación de la materia". - En el último tema tratado, la
termodinámica, sus leyes regulan toda la actividad
energética, y por consiguiente biológica, del
universo. Son la base de todo acto físico, y por
consiguiente de todas las ciencias
humanas.
Para finalizar, se podría acotar que, de esta
manera, ver los frutos de todo el empeño puesto, logran
que, a través de la investigación y análisis, se
facilite la asimilación de conocimientos de manera
práctica, creando una base de
datos que acompaña a cada persona durante
toda su vida.
Ivan Tavera
Busso
- .Microsoft Encarta Biblioteca
de Consulta 2002. 1993-2001 Microsoft
Corporation - http://www.galeon.com/termometria
- http://termodinamica.4t.com/termometria.htm
http://www.windows.ucar.edu/tour/link=/sun/Solar_interior/Sun_layers/Core/four_states.sp.html
http://concurso.cnice.mec.es/cnice2005/93_iniciacion_interactiva_materia/curso/materiales/estados/estados1.htm- https://www.monografias.com.htm
http://www.ur.mx/cursos/diya/quimica/jescobed/defcap1.htm#pf
http://es.geocities.com/fisicas/termometria/termometria.htm- V. G. LEVICH, Curso de
Física Teórica Vol. 1 y 2, 2ª Edición, Ed. Reverté, S.A.,
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Páginas Recomendadas:
•http://www.educaplus.org/modules/wfsection/article.php?articleid=19
Tavera Busso, Ivan
Mayo de 2005 – 6º Año
Instituto "San Alberto y San Enrique