El calor y la temperatura, ¿son lo mismo?

El calor y la temperatura, ¿son lo mismo?

El calor y la temperatura, ¿son lo mismo?


Para muchos estos dos términos incluso pueden ser usados como sinónimos, pero no es así. El calor específico —establecido en el siglo XVIII— es muy distinto a la temperatura. A continuación conoceremos la razón

Aunque a primera vista no sea evidente, el calor es una forma de energía cinética (movimiento). Los físicos lo descubrieron estudiando los gases, pero el calor también es movimiento en los líquidos y los sólidos. Con el advenimiento de la máquina de vapor en el siglo XVIII, el químico escocés Joseph Black estableció que el calor específico es distinto de la temperatura; quedaba por descubrir cómo se transmite y cómo medirlo.

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CANTIDAD E INTENSIDAD
La diferencia entre calor y temperatura es que, por tratarse de energía, la cantidad de trabajo que puede realizar depende no solo de la intensidad, sino de la cantidad disponible. La temperatura es solo uno de los factores que determinan el calor disponible y equivale a la intensidad. El otro es la cantidad de energía que acumula un cuerpo, que depende de su volumen y de su calor específico, o capacidad de almacenar energía cinética.

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Un clavo puntiagudo de 2 kg, se clavará solo en una tabla de madera de balsa. La presión de 2 kg concentrada en un punto es suficiente para perforar la madera. Una plancha de 20 kg distribuidos en una superficie mucho mayor no afectará la tabla, pero requerirá mucho más fuerza retirarla. Igualmente, una minúscula gota de plomo derretido a 400 °C causará una pequeña quemadura, pero un perol con agua a 100 °C puede cocinarnos. En el caso del clavo, la presión unitaria (kg/cm2) equivale a la temperatura y su peso a la cantidad de calor.


EL CALOR ESPECÍFICO
El ejemplo anterior ilustra que, mientras la temperatura da el nivel de energía de las moléculas, el contenido de calor es el total de energía térmica disponible, la suma de la energía cinética de todas las moléculas. Por eso la gotita de plomo, aunque sus moléculas están más aceleradas, contiene mucho menos calor que el agua del perol cuyas moléculas, aunque con menor energía individual, son más numerosas.

calor


Mucho antes de que se supiera que el calor es una forma de energía, era sabido que unas sustancias requieren más tiempo que otras para calentarse. Un hierro expuesto al fuego se calienta rápido, mientras que el mismo peso de agua tarda más. La diferencia entre la capacidad de absorber calor y retenerlo fue medida usando el agua para cuantificarla y establecer la unidad: la caloría.

Una caloría es la cantidad de calor requerida para elevar la temperatura de un gramo de agua de 14,5 °C a 15,5 °C. Por ser muy pequeña, se creó la kilocaloría (mil calorías): el calor requerido para levantar la temperatura de 1 kilo de agua de 14,5 °C a 15,5 °C. Así el calor quedó definido en términos de masa y temperatura.

temperatura


No todas las sustancias requieren igual cantidad de calor para aumentar la misma temperatura. Mientras el agua necesita una caloría para subir un grado, el hierro requiere solo 0,11 calorías, la plata 0,056 y el plomo 0,03. Las sustancias que requieren menos calor para subir su temperatura también se enfrían más rápido. La resistencia a calentarse y a enfriarse son manifestaciones de una misma propiedad de la materia: el calor específico.


ÁTOMOS Y MOLÉCULAS
Una caloría que levanta la temperatura de un gramo de hierro a 9 °C, un gramo de plata a 18 °C y uno de plomo a 33 °C, levantaría la temperatura de un gramo de agua en solo un grado centígrado. El calor específico del agua es 9 veces mayor al del hierro, 18 veces mayor al de la plata y 33 veces mayor al del plomo. La explicación está en la naturaleza del calor.

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El calor es la energía cinética de los átomos y moléculas. En los gases las moléculas corren libremente y chocan. En los líquidos se desplazan unas al lado de otras y en los sólidos vibran. En todos se mueven. Calentar es poner en movimiento átomos o moléculas; a mayor movimiento, mayor temperatura. Por su estructura, el agua para ponerse en movimiento requiere más calor que el plomo.

Mientras el agua consta de pequeños átomos de hidrógeno y oxígeno, el plomo consta de átomos grandes*. A igualdad de masa, el plomo tiene mucho menos átomos que el agua. Como se trata de poner en movimiento los átomos individuales, el plomo con menos átomos requiere menos energía. La pérdida de calor es el proceso inverso. Al enfriarse los átomos se desaceleran, lo que en un menor número de átomos toma menos tiempo. Cuanto más liviana es una sustancia (menor peso atómico), mayor es su calor específico porque tiene más átomos por unidad de masa y necesita más energía para acelerarlos.


EL CALOR LATENTE
Hemos visto que calor es una cantidad de energía, y la temperatura es solo una manera de expresar el nivel de energía que han adquirido los átomos o moléculas. Para medir el calor (energía térmica) hay que especificar la sustancia, su volumen y su temperatura. Por ser diferente el calor específico de las diversas sustancias —como el del agua y del plomo— la misma masa a igual temperatura puede contener cantidades diferentes de calor. Este fue el postulado de Black**.

Así, la relación entre la masa de los átomos de una sustancia y el calor que pueden almacenar —su calor latente— es inversa. Un átomo de plomo tiene aproximadamente 7,7 veces la masa de un átomo de aluminio y un gramo de aluminio tiene 7,7 más átomos de que un gramo de plomo. Al calentar un gramo de plomo hay que poner en movimiento 7,7 veces menos átomos que al calentar un gramo de aluminio. Esta relación da el calor específico de ambos con relación al del agua, que es 1: en el aluminio es 0,22 y en el plomo 0,03.

El calor y la temperatura, ¿son lo mismo?


Próximamente veremos otra propiedad de la transferencia de calor y por qué el hielo requiere tanto calor para fundirse.

*El tamaño del átomo depende de la cantidad de protones, neutrones y electrones que contiene, la que determina su peso. **Joseph Black (1728-1799) fue profesor de James Watt, el inventor de la máquina de vapor.

Autor: Tomás Unger.


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2 comentarios - El calor y la temperatura, ¿son lo mismo?

@fluvion Hace más de 3 años
Yo siempre pense que era lo mismo.
@Aldodzb Hace más de 10 meses
yo sigo pensando que es lo mismo.
@Wadtly Hace más de 10 meses
No soy mucho de fisica, pero siempre tube la idea de que la temperatura es la escala, y calor una medida de cierta temperatura alta