Calor y Temperatura

1. Temperatura

La temperatura es una medida del grado de agitación de las partículas de una sustancia.
Mientras más se mueven las partículas, mayor es la temperatura.

“La temperatura indica qué tan caliente o fría está una sustancia, pero no mide la cantidad total de energía térmica que posee”

 

🔹 Ejemplo : Sensación térmica

Tocas una cuchara de metal y una de madera que han estado toda la noche en la misma habitación.
Aunque ambas están a la misma temperatura ambiente, el metal se siente más frío porque conduce mejor el calor de tu mano.
👉 Sensación térmica ≠ temperatura real.

2. Calor

El calor es una forma de energía que se transfiere de un cuerpo a otro debido a una diferencia de temperatura.

“El calor siempre fluye del cuerpo más caliente al más frío, hasta que ambos alcanzan la misma temperatura (equilibrio térmico)”

El calor no es una sustancia, sino energía en movimiento.

🔹 Ejemplo : Transferencia de calor

Colocas una cuchara de metal en una taza con agua caliente.
Después de unos segundos, el mango de la cuchara también se calienta.
👉 El calor se transfirió del agua (más caliente) hacia la cuchara (más fría) hasta equilibrar la temperatura.

Diferencias entre Calor y Temperatura

3. Formas de Transferencia del Calor

🔸 a) Conducción

El calor se transmite de partícula a partícula, sin movimiento del material.
Ocurre principalmente en sólidos.

Ejemplo:
Una varilla de metal colocada sobre una vela se calienta a lo largo de su cuerpo.
👉 El calor pasa de las partículas calientes a las frías por contacto directo.

🔸 b) Convección

El calor se transfiere por movimiento del fluido (líquido o gas).
El material se desplaza, llevando el calor consigo.

Ejemplo:
Cuando calientas agua en una olla, el agua caliente sube y el agua fría baja, formando corrientes de convección.
👉 Esto permite que todo el líquido alcance una temperatura uniforme.

🔸 c) Radiación

El calor se transfiere por ondas electromagnéticas, sin necesidad de materia.

Ejemplo:
Sientes calor en la piel cuando estás bajo el Sol.
👉 La energía solar llega a la Tierra por radiación, incluso atravesando el vacío.

4. Medición de la Temperatura

Se mide con un termómetro, instrumento que registra el grado de agitación de las partículas.

Escalas de temperatura

Ejemplo: Conversión de temperatura

Convierte 25 °C a Kelvin.

K=°C+273.15=25+273.15=298.15 K

👉 Resultado: 298.15 K

5. Medición del Calor

El calor (Q) se mide en Joules (J) o calorías (cal).

1 cal = 4.186 J

La cantidad de calor depende de:

Q=m⋅c⋅ΔT

donde:

• $Q$: cantidad de calor (J o cal)

• $m$: masa (g o kg)

• c: calor específico (J/kg·°C o cal/g·°C)

• ΔT=T2−T1​

Ejemplo: Calor absorbido

¿Cuánto calor absorbe 200 g de agua al pasar de 20 °C a 80 °C?
cagua=4.18 J/g⋅°C

Q=m⋅c⋅ΔT=200⋅4.18⋅(80−20)

$$Q=200\cdot 4.18\cdot 60=50,160J$$

👉 El agua absorbe 50,160 Joules de calor.

🔹 Ejemplo: Calor absorbido por otro material

Una barra de aluminio de 250 g se calienta de 25 °C a 75 °C.
cAl=0.215 cal/g⋅°C

Q=250⋅0.215⋅(75−25)=2,687.5 cal

👉 El aluminio absorbe 2687.5 calorías.

🔹 Ejemplo: Energía liberada al enfriar

Un vapor de 500 g baja de 120 °C a 100 °C.
cvapor=0.48 cal/g⋅°C

Q=500⋅0.48⋅(120−100)=4800 cal

👉 El vapor libera 4800 calorías.

6. Equilibrio térmico

Cuando dos cuerpos a distintas temperaturas se ponen en contacto, el calor fluye hasta que ambos alcanzan la misma temperatura.

🔹 Ejemplo: Mezcla de agua caliente y fría

200 g de agua a 80 °C se mezclan con 100 g de agua a 20 °C.
Cagua=1 cal/g⋅°C

200(80 −Tf)=  100(Tf − 20)

 16000 − 200Tf= 100Tf − 2000

 18000 = 300Tf ⇒ Tf = 60°

👉 Temperatura final de equilibrio: 60 °C.

Actividades

1. Experimento casero:
   Coloca dos vasos con agua (uno al sol y otro a la sombra).
   Mide su temperatura cada 5 minutos.

   • Grafica los resultados.

   • Explica qué forma de transferencia de calor ocurre.

2. Ejercicio numérico:
   Si 100 g de cobre (c = 0.39 J/g·°C) absorben 780 J, ¿cuánto aumenta su temperatura?