Trabajo de Biofísica: Calor (página 2)

Partes: 1, 2

La inversa de la conductividad térmica es la
resistividad térmica, que es la capacidad de los materiales
para oponerse al paso del calor. Cuando
se calienta la materia la
energía cinética promedio de sus moléculas
aumenta, incrementándose su movimiento.

Convección Térmica:

La convección se caracteriza porque se produce
por intermedio de un fluido que transporta el calor entre zonas
con diferentes temperaturas. La convección se produce
únicamente por medio de materiales fluidos. Éstos,
al calentarse, aumentan de volumen y, por lo
tanto, disminuyen su densidad y
ascienden desplazando el fluido que se encuentra en la parte
superior y que está a menor temperatura.
Lo que se llama convección en sí, es el transporte de
calor por medio de las corrientes ascendente y descendente del
fluido.

La transferencia de calor implica el transporte de calor
en un volumen y la mezcla de elementos macroscópicos de
porciones calientes y frías de un gas o un
líquido. Se incluye también el intercambio de
energía entre una superficie sólida y un fluido o
por medio de una bomba, un ventilador u otro dispositivo
mecánico. En la transferencia de calor libre o natural en
la cual un fluido es más caliente o más frío
y en contacto con una superficie sólida, causa una
circulación debido a las diferencias de densidades que
resultan del gradiente de temperaturas en el fluido.

Radiación Térmica:

Se denomina radiación
térmica o radiación calorífica a la emitida
por un cuerpo debido a su temperatura. Todos los cuerpos con
temperatura superior a 0 K emiten radiación
electromagnética, siendo su intensidad dependiente de
la temperatura y de la longitud de onda considerada. La
radiación infrarroja de un radiador hogareño
común o de un calefactor eléctrico es un ejemplo de
radiación térmica, al igual que la luz emitida por
una lámpara incandescente. La radiación
térmica se produce cuando el calor del movimiento de
partículas cargadas dentro de los átomos se
convierte en radiación electromagnética.

La materia en un estado
condensado (sólido o líquido) emite un espectro de
radiación continuo. La frecuencia de onda emitida por
radiación térmica es una densidad de probabilidad
que depende solo de la temperatura.

Todos los cuerpos negros a una temperatura determinada
emiten radiación térmica con el mismo espectro,
independientemente de los detalles de su composición. Para
el caso de un cuerpo negro, esta energía depende de la
cuarta potencia de la
temperatura absoluta.

A temperatura ambiente,
vemos los cuerpos por la luz que reflejan, dado que por sí
mismos no emiten luz. Si no se hace incidir luz sobre ellos, si
no se los ilumina, no podemos verlos. A temperaturas más
altas, vemos los cuerpos porque por la luz que emiten, pues en
este caso son luminosos por sí mismos. Así, es
posible determinar la temperatura de un cuerpo de acuerdo a su
color, pues un
cuerpo que es capaz de emitir luz se encuentra a altas
temperaturas.

Monografias.com

Unidades de
medida

La cantidad de energía térmica
intercambiada se mide en calorías, que es la cantidad de
energía que hay que suministrar a un gramo de agua para
elevar su temperatura. El múltiplo más utilizado es
la kilocaloría (kcal).

De aquí se puede deducir el concepto calor
específico de una sustancia, que se define como la
energía necesaria para elevar la temperatura de un gramo
de dicha sustancia un grado celsio, o bien el concepto capacidad
calorífica, análogo al anterior pero para una masa
de un mol de sustancia.

Tras múltiples experimentaciones en las que el
movimiento de unas palas, impulsadas, por un juego de
pesas, se movían en el interior de un recipiente con agua,
estableció el equivalente mecánico del calor,
determinando el incremento de temperatura que se producía
en el fluido como consecuencia de los rozamientos producidos por
la agitación de las palas:

El joule (J) es la unidad de energía en el
Sistema
Internacional de Unidades, (S.I.).

El BTU, (o unidad térmica británica) es
una medida para el calor muy usada en Estados Unidos y
en muchos otros países de América. Se define como la cantidad de
calor que se debe agregar a una libra de agua para aumentar su
temperatura en un grado Fahrenheit, y equivale a 252
calorías.

Calor específico: En la vida cotidiana se
puede observar que, si se le entrega calor a dos cuerpos de
la misma masa y la misma temperatura inicial, la temperatura
final será distinta. Este factor que es
característico de cada sistema, depende de la
naturaleza del cuerpo, se llama calor específico,
denotado por c y se define como la cantidad de calor que se
le debe entregar a 1 gramo de sustancia para aumentar su
temperatura en 1 grado Celsius.
Capacidad Calorífica: Es una magnitud que
indica la mayor o menor dificultad que presenta dicha
sustancia para experimentar cambios de temperatura bajo el
suministro de calor.

Calor
Latente

Un cuerpo sólido puede estar en equilibrio
térmico con un líquido o un gas a cualquier
temperatura, o que un líquido y un gas pueden estar en
equilibrio térmico entre sí, en una amplia gama de
temperaturas, ya que se trata de sustancias diferentes. Pero lo
que es menos evidente es que dos fases o estados de
agregación, distintas de una misma sustancia, puedan estar
en equilibrio térmico entre sí en circunstancias
apropiadas.

Un sistema que consiste en formas sólida y
líquida de determinada sustancia, a una presión
constante dada, puede estar en equilibrio térmico, pero
únicamente a una temperatura llamada punto de fusión.
A esta temperatura, se necesita cierta cantidad de calor para
poder fundir
cierta cantidad del material sólido, pero sin que haya un
cambio
significativo en su temperatura. A esta cantidad de
energía se le llama calor de fusión,
calor latente de fusión o entalpía de
fusión, y varía según las diferentes
sustancias. El calor de fusión representa la
energía necesaria para deshacer la fase sólida que
está estrechamente unida y convertirla en líquido.
Para convertir líquido en sólido se necesita la
misma cantidad de energía, por ellos el calor de
fusión representa la energía necesaria para cambiar
del estado sólido a líquido, y también para
pasar del estado líquido a sólido.

De manera similar, un líquido y un vapor de una
misma sustancia pueden estar en equilibrio térmico a una
temperatura llamada punto de ebullición. El calor
necesario para evaporar una sustancia en estado líquido se
llama calor de ebullición o calor latente de
ebullición o entalpía de ebullición, y se
mide en las mismas unidades que el calor latente de
fusión.

Transmisión de
calor en los organismos

Todos los seres vivos realizan continuamente intercambio de
energía con el entorno, todos viven en un ambiente
térmico. La fuente primaria, como sabemos, proviene de la
radiación solar.

La energía
solar es captada por los organismos directamente, difundida
por el cielo o reflejada desde el suelo o las
rocas,
también liberan calor constantemente mediante los
diferentes procesos
metabólicos que realizan.

Como sabemos, las plantas
transforman importantes cantidades de radiación solar en
energía química mediante el
proceso
fotosintético, para aminorar el efecto de los cambios de
temperatura ambiental, los organismos deben desarrollar
diferentes funciones. Una de
las formas mediante las cuales los organismos liberan calor al
exterior y, regulan su temperatura interna, es la
evaporación. Mediante ella, los seres vivos son capaces de
liberar calor para mantener en condiciones óptimas, su
medio interno. La evaporación depende de la diferencia de
presión de vapor entre el aire circundante
y el objeto u organismo, pero si la humedad ambiental es
abundante, hay poca evaporación y, poca disipación
de calor por este medio. Cuando el ambiente es seco, aumenta la
tasa de evaporación y con ella la disipación de
calor.

Las plantas poco pueden hacer internamente para regular su
temperatura interna. Constantemente están expuestas a
diferentes formas de transmisión de calor y su metabolismo
cuenta con muy pocas alternativas para mantener el control corporal.
Las plantas no pueden desplazarse para evitar o buscar la
radiación. Generalmente pierden calor por
convección y evaporación, por ello, el
tamaño y forma de sus hojas tienen gran importancia. Las
hojas que presentan muchos lóbulos o salientes pierden
calor de manera más eficiente que las hojas grandes y poco
lobuladas.

Los bordes y extremos de las hojas sufren más los
cambios de temperatura y por ello, los márgenes de las
hojas, con frecuencia se hielan por el frío o se secan por
el calor y los grandes troncos tienen mayor capacidad para
guardar el calor y por ello, son un refugio buscado por
aves y
pequeños mamíferos.

Cambios de
fase

En la naturaleza
existen tres estados usuales de la materia: sólido,
líquido y gaseoso. Al aplicarle calor a una sustancia,
ésta puede cambiar de un estado a otro. A estos procesos
se les conoce como cambios de fase. Los posibles cambios
de fase son:

De estado sólido a líquido, llamado
fusión,
De estado líquido a sólido, llamado
solidificación,
De estado líquido a gaseoso, llamado
evaporación o vaporización,
De estado gaseoso a líquido, llamado
condensación,
De estado sólido a gaseoso, llamado
sublimación progresiva,
De estado gaseoso a sólido, llamado
sublimación regresiva o deposición,
De estado gaseoso a plasma, llamado
ionización.

Por lo general las partículas de una determinada
especie localizadas en un punto dado no tienen igual velocidad:
presentan por el contrario una distribución que en el equilibrio
térmico es descrita por la distribución de
Maxwell-Boltzmann. A mayor temperatura, mayor será la
dispersión de velocidades. Una medida de tal
dispersión es la velocidad cuadrática media que, en
el equilibrio, se denomina también velocidad
térmica. Es frecuente, aunque formalmente incorrecto,
hablar también de velocidad térmica y de
temperatura en plasmas lejos del equilibrio termodinámico.
En tal caso, se menciona la temperatura que correspondería
a una velocidad cuadrática media determinada

Conclusión

Como sabemos, los efectos del calor son generados por la
energía de cada cuerpo y transmitida de diferentes formas
al exterior. El calor no solo beneficia a los seres vivientes,
sino también a toda la biosfera.

Incluso en el vació más frío del
espacio hay materia que posee calor, muy pequeño pero
medible. Los fenómenos térmicos y
caloríficos forman parte de los fenómenos
físicos cotidianos. Es sabido que Calor y Temperatura
son sustantivos que están incorporados al lenguaje
popular y que raramente son utilizados de una forma
científicamente correcta. Frecuentemente se identifican o
bien se utilizan en definiciones circulares en las que uno hace
referencia directa al otro como sinónimo. Ese es el error
que se comete al afirmar que la temperatura "mide el
calor que hace", o cuando de una persona que tiene
fiebre
se dice que "tiene calor", etc.

Por eso hemos explicado detalladamente los sucesos que
forman el calor, por la energía interna que emita el
cuerpo.

Bibliografía

Enciclopedia Encarta/calor
http://es.wikipedia.org/wiki/Calor
http://www.monografias.com/trabajos15/transf-calor/transf-calor.shtml
Sally M Walker, Andy King, El Calor, Ed. Lerner, Bogota:
2007, 48 p.
Frank P. Incropera, David P. Dewitt, Ricardo Cruz,
Fundamentos de transferencia de calor, Ed. Pearson Education,
Santa Fe: 1999, 886 p.