El concepto de Calor
Vamos a tratar un tema nuevo que está relacionado con Trabajo y Energía. Aquí introduciremos nuevos conceptos como Energía Interna ampliando el Principio de Conservación de la Energía y una nueva forma de transferencia de energía: el Calor.
Veremos que existen contradicciones entre el significado que nosotros le damos a determinados conceptos en la vida diaria y su significado desde punto de vista de la Física. El nombre es el mismo pero lo que este implica, sus alcances y sus limitaciones no lo son. Tampoco lo es la rigurosidad que deberíamos tener en nuestro vocabulario y que no poseemos. ¿Esto es novedoso?
El concepto de “Calor”, a su vez, es utilizado en Química, Biología y otras asignaturas, por lo tanto, su significado es variable y discutible entre los propios profesores. Supuestamente la Física es la rama de conocimiento básica para las otras ramas, es ella que debo “marcar la cancha” pero en el Calor el lenguaje es tan confuso que es muy difícil establecer la “conveniencia” o no de una única definición aunque para la Física esto sea ineludible…
Energía Interna y la Conservación de la Energía.-
L Termodinámica.- Es el estudio de las interacciones entre el sistema y el ambiente a través de un análisis energético donde aparecen transferencias de energía en forma de trabajo y CALOR. Este análisis prioriza lo macroscópico frente a lo microscópico, en particular a través de magnitudes de estado como la Temperatura.
L Aplicaciones termodinámicas.- La termodinámica se aplica en procesos como la calefacción, la temperatura de animales y el ambiente, la capa de ozono, la construcción de las casas, la elaboración de vestimenta, la alimentación, los motores, las heladeras, la importancia de vivir del mar, etc.
L Dos caminos, una meta.- Para llegar a las diferentes magnitudes que intervienen en este tema se puede tomar dos caminos, complementarios pero diferentes:
El primero por la ampliación del Principio de la Conservación de la Energía introduciendo una nueva forma de energía. El segundo relacionando esta nueva forma de energía con el Trabajo y el Calor.
Comenzaremos con el primero, dejando el otro para la segunda parte.
Principio de la Conservación de la Energía:
Aquí solo hablaremos de las diferentes energías que están interviniendo y las transformaciones que se producen de una forma a otra para que la energía total se conserve. Para esto imprescindible tener siempre presente de que forma se identifica cada energía.
L Experimentos.- En la primera parte deducirá la nueva forma de energía a partir de lo aprendido anteriormente.
Realice los siguientes experimentos y anote las energías que intervienen y como identificarlas (por ejemplo la EC por la velocidad) en los siguientes cuerpos:
L De la Energía Mecánica a la Energía Interna.- A partir de los tres ejemplos anteriores podemos realizar varias deducciones:
- La energía mecánica no se conserva.
- Hay varias transformaciones de energía.
- La energía mecánica disminuye por lo tanto…
- Otra energía debe aumentar…
- Para que se conserve la energía total del sistema.
Esta nueva energía la llamaremos “Energía Interna”.
L Energía Interna y Temperatura.- En los tres casos anteriores ¿qué le sucede a la temperatura (T) del dedo, la llanta y el serrucho? En todos los experimentos la temperatura se modificó aumentando al igual que la nueva energía por lo tanto: La temperatura es el “indicador” macroscópico de una nueva energía llamada ENERGIA INTERNA (U).
L Definición/es de Energía Interna.-
Llamaremos “Energía Interna” a aquella energia que depende a nivel macroscópica de la Temperatura del cuerpo (o Sistema). A nivel microscópico la Energía Interna de un sistema está constituida por la energía del movimiento de todas las partículas microscópicas (moléculas, átomos, iones, etc.), por las interacciones entre estas partícula, por las capas electrónicas de los átomos y iones, por la energía intranuclear.
La Energía Interna es una magnitud escalar que se mide en Joules (u otras unidades energéticas).
Es una función de estado del sistema, depende del estado inicial y final pero no depende de la forma en que se paso de un estado a otro.
Por lo precedente, para establecer la Energía Interna en un determinado momento es necesario establecer una energía interna de referencia (lo cual es muy complejo).
Lo anterior no es importante ya que nos manejamos con los procesos, o sea, nos interesa más la variación de Energía Interna.