Written by Calor se define como una energía en tránsito. Ningún cuerpo puede tener calor, porque una vez que la energía ha terminado de transferirse, ya no es calor. Lo que hay en el cuerpo una vez finalizada la transmisión es el energía interna de sí mismo.
Esta energía en tránsito tiene un significado único: siempre es del cuerpo con la temperatura más alta al que tiene la temperatura más baja. Entonces, si en un día frío colocas tus manos sobre un metal con una temperatura más baja que la temperatura de tu mano, la sensación de frío que sientes es que tu cuerpo pierde energía, que se está transfiriendo al metal. De la misma forma, cuando quemamos la mano, el objeto tocado pierde energía, enfriándose, y esta energía se transfiere a la mano calentándola.
LA energía interna de un cuerpo es la suma de todas sus energías, es decir, energía cinética, debido a la agitación de partículas en el cuerpo, y energía potencial, debido a las fuerzas entre las partículas en el cuerpo. El calor tiene la característica de cambiar el estado de la energía interna del cuerpo, incrementándola o disminuyéndola.
Es importante señalar que el calor no siempre fluye de un cuerpo energético interno más grande a un cuerpo energético interno más pequeño. El flujo obligatorio de mayor a menor ocurre solo con la temperatura. Un material metálico, como un alfiler, por ejemplo, que a alta temperatura (incandescente) se arroja a un recipiente con agua tibia. La energía interna del pasador de empuje es menor que la del agua, pero aun así el flujo de calor sale del pasador de empuje y entra en el agua debido a la temperatura más alta del metal.
Cuanto mayor es la masa del cuerpo, mayor es la energía en el momento de la transferencia, ya que hay una mayor cantidad de materia, por lo tanto, más energía interna que en un material de menor masa. Por lo tanto, la cantidad de calor que fluye también depende de la cantidad de materia en el cuerpo y no solo de la diferencia de temperatura. Un ejemplo es cuando se vierte un balde de agua caliente sobre un hielo y, en paralelo, un vaso de agua caliente sobre un hielo. En el primer caso, el hielo se derretirá más rápido, ya que hay más agua.
Debido a que es una forma de energía, el calor se mide en Julios (Unidad utilizada en SI). Sin embargo, en algunos países, como Estados Unidos, caloría. Las calorías se definen como la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de 1 gramo de agua en 1ºC. La relación entre calorías y julios se da a continuación:
1 caloría = 4,184 J
LA propagación del calor ocurre de tres maneras:
Transferencia de calor a través de la agitación de moléculas, en un cuerpo o entre más cuerpos, siempre que exista contacto entre ellos. Debido a que requiere un medio, no puede ocurrir en el vacío. En este proceso, hay una colisión de las partículas más energéticas con las menos energéticas, en el vecindario, transfiriendo energía cinética.
Disipador de calor de una computadora. El calor se transfiere del procesador al disipador de calor por medio de barras de cobre. Este proceso ocurre por conducción térmica. Foto: Zulashai / Shutterstock.com
Es el movimiento de masas de fluidos (gases, líquidos y vapores) que cambian de posición hasta que existe un equilibrio térmico en el ambiente. No ocurre en sólidos (masas fluidas) ni en vacío, ya que requiere un medio material. Siempre la masa más caliente tiende a subir (más ligera) y la más fría tiende a bajar (más pesada). Estrictamente hablando, sabemos que la convección no es realmente un proceso de transferencia de calor, ya que no hay transferencia de energía de un cuerpo a otro, sino solo cambios en las posiciones de las masas, sin embargo, en general se define en este contexto.
Corrientes de convección creadas en el agua de una tetera en la estufa. Ilustración: Fouad A. Saad / Shutterstock.com
La transferencia de calor se realiza mediante ondas electromagnéticas, que se propagan en el vacío, predominando la radiación infrarroja como la que transmite el calor. De esta manera, no hay necesidad de que ocurra un medio, y los cuerpos pueden separarse. Todo cuerpo con una temperatura superior a 0 K (cero kelvin, cero absoluto) puede emitir radiación, aunque sea imperceptible.
La transferencia de calor del Sol a la Tierra se produce mediante radiación electromagnética, ya que no sería posible por convección y conducción, debido a la ausencia de materia entre los dos cuerpos celestes. Foto: VladisChern / Shutterstock.com
Referencias bibliográficas:
HEWITT, Paul G., Física conceptual – 9ª ed. – Bookman, 2008.
El mecanismo por el cual se produce la pérdida de calor de un objeto depende del medio en el que se inserta el objeto. En el vacío, podemos decir que la pérdida de calor se produce por:
