CALOR - Definición - Significado

08/10/2010

Es la forma de energía que intercambian dos cuerpos en contacto cuando se hallan a temperaturas diferentes, pasando siempre y exclusivamente el calor del cuerpo más caliente al más frió.

Si se toman dos cuerpos a temperaturas diferentes, por ejemplo a temperaturas TA y TB (TA > TB), y se ponen en contacto entre sí, el cuerpo que esté a mayor temperatura cederá calor al cuerpo que esté a temperatura inferior hasta que se alcance el equilibrio y los dos cuerpos posean la misma temperatura, (TA > T > TB). Se puede calcular la cantidad de calor que el cuerpo más caliente ha cedido al cuerpo más frío mediante la fórmula:

Q = cAmA(TA-T) en que cA es el *calor especifico del cuerpo más caliente y mA su masa; la cantidad de calor calculada será igual a la del calor absorbido por el cuerpo más frío: Q = cBmB (T-TB) en que cB es el calor específico del cuerpo ¿i menor temperatura y mB es su masa.

Hasta finales del siglo xvm se creia que el calor era un fluido volátil que los cuerpos poseían y que se intercambiaban, determinando de ese modo una variación de temperatura, y que los combustibles esta han formados de cal y de un fluido, el flogisto, que se liberaba durante la combustión. Esta teoría cometía el doble error de considerar el calor como un elemento constituyente de los combustibles y de los conductores de calor, y de asignar a un cuerpo una cantidad de calor. En efecto, es erróneo decir que un cuerpo posee una cantidad determinada de calor. En realidad, un cuerpo posee una determinada energía interna que es función de su temperatura, y por definición se denomina calor la cantidad de energía intercambiable por diferencias de temperatura: por ello, el calor es una energía en tránsito, y precisamente energía de naturaleza térmica.

Se tuvo que esperar mucho tiempo antes de llegar a esa afirmación. En el siglo xvín muchos físicos dudaban de la veracidad de la teoría precedente. Entre ellos se destacaba el norteamericano Rumford, que en el año 1798 formuló la hipótesis según la cual la materia de un cuerpo caliente estaba animada de un movimiento vibratorio (se aproximó de ese modo a la que después sería la teoría cinética de la materia) y que con sus experimentos abrió el camino al primer principio de termodinámica (la suma del calor y el trabajo que entran en un sistema cerrado es igual a la variación de la energía total del sistema) y también al principio de la equivalencia entre trabajo y calor. Con dicho objeto realizó numerosas experiencias para comprender por qué al mecanizar el tubo de un cañón éste se calentaba considerablemente, y llegó a la conclusión de que el calor desarrollado durante su perforación no era debido a un fluido preexistente, ya que la pieza estaba inicialmente fría, sino que era fruto de la disipación por frotamiento de una parte de la energía mecánica empleada en perforar el tubo del cañón. Sucesivamente, Joule consiguió con su experimento de la rueda de paletas determinar el equivalente mecánico de la "caloría (unidad de medida de la cantidad de calor): 1 kcal = 4.186 J = 427 kgm.

Un ejemplo permitirá demostrar ahora la transformación en calor de otra forma de energía, como sucede en la energía cinética o fuerza viva de un coche en movimiento y que debe ser disipada de alguna manera durante el frenado: si un coche que circula a la velocidad v se para completamente por acción de los frenos, la energía cinética se disipa totalmente en el rozamiento de los frenos en que el trabajo del par frenante sobre los discos se convierte en calor, elevándose la temperatura de los mismos discos, la de las pastillas, la de las pinzas, la dpi líquido de frenos e incluso la del aire circundante. Es interesante exponer un ejemplo numérico de lo que se acaba de referir: Si se supone que el coche tiene una masa M = 1.700 kg (obsérvese que se usa el sistema internacional de unidades de medida) y frena a 50 m/s, es decir a 180 km/h, su energía cinética será Mv2/2 = 2.125.000 J = 508 kcal, que es el calor producido durante el frenado del vehículo.

Para tener una idea de lo que ese calor supone, o, lo que es lo mismo, de la energía que posfee un coche a 180 km/h, cabe decir que con ese calor se consigue, aproximadamente, hacer hervir una cacerola de agua-Puede parecer sorprendente que un coche a 180 km/h posea en forma cinética la misma cantidad de energía existente en forma térmica en una cacerola de agua en ebullición; el motivo de tal igualdad está en la enorme cantidad de energía que representa 1 kcal, que es equivalente a 427 kgm, es decir a la energía que resulta necesaria para elevar a 1 m un peso de 427 kg.

Distinta explicación tiene la combustión de la gasolina, substancia combustible que desarrolla energía térmica o calor mediante la combustión, que es una reacción química entre la gasolina y el oxígeno del aire (comburente). En efecto, siendo la gasolina un compuesto de carbono (C) e hidrógeno (H) unidos entre sí mediante estructuras complejas, en la combustión se produce la rotura de esos enlaces entre C y H y la unión del carbono con el oxígeno (con formación de CO2), así como la del hidrógeno con el oxígeno (con formación de H2O). Mientras que la primera fase tiene lugar con absorción de energía, ya que la escisión requiere emplear un cierto trabajo, en la segunda fase se desprende una gran cantidad de calor, especialmente por la reacción entre el hidrógeno y el oxígeno. Esto está de acuerdo con el primer principio de termodinámica; en efecto, si se considera el fenómeno desde tiempos lejanos, es decir desde la formación del petróleo, se puede decir que en aquella época prehistórica fue realizado un trabajo sobre muchas substancias que no se tradujo en energía cinética, sino que se empleó en producir un compuesto capaz de encerrar dentro de sí el trabajo gastado en formarlo, trabajo éste que un día sería restituido como calor en un proceso similar u opuesto al de origen. La cantidad de energía térmica contenida en un combustible resulta verdaderamente impresionante: por ejemplo, 1 kg de gasolina corriente puede desarrollar 10.500 kcal; y si se expresa esta energía térmica en energía mecánica (kgm) se verá que equivale al efecto de una masa de 4 t que cae de una altura de 1 km.

Hay que subrayar que si bien es verdad que un trabajo puede convertirse completamente en calor, el hecho inverso no es cierto, ya que es imposible transformar el calor integramente en trabajo.

El calor se transmite: por conducción, como en el caso de dos sólidos en contacto o de la propagación del calor por el interior de un cuerpo conductor (no existe movimiento macroscópico relativo entre las dos partes que intercambian calor); por convección, como en los fluidos (existe un movimiento macroscópico de las partes calientes del fluido que transportan el calor a las frías); por radiación, como la que tiene lugar en el vacío (transmisión del calor mediante la propagación de las ondas electromagnéticas).

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