La energía térmica
Al igual que la energía
mecánica, la energía térmica es otra forma de energía estudiada por los físicos,
quienes se esforzaron por establecer la diferencia entre energía térmica, calor
y temperatura.
Los físicos se
interesan en todas la transformaciones de la energía. Las manifestaciones de la
energía mecánica son fáciles de reconocer y se prestan para experimentos
espectaculares, en cambio las de la energía térmica son menos evidentes. ¿Cuál es
la relación entre energía térmica y calor?
Calor y energía térmica
En el pasado, los
sabios se preguntaron, sin éxito, acerca de la naturaleza del fuego. Hacia fines
del siglo XVIII, algunos investigadores creativos imaginaron experimentos y teorías
para aclarar las ideas y relacionar, entre ellas, las observaciones hechas
sobre el calor y la temperatura. Luego, se esforzaron por explicar el
funcionamiento de las máquinas de vapor, que transforman la energía térmica en energía
mecánica. Reconocieron que el calor era “una magnitud susceptible de crecer y
disminuir”. En la actualidad, se ha establecido claramente la estrecha relación
que existe entre el calor y energía térmica. Cuando se pone en contacto un
cuerpo frio con un cuerpo caliente, se realiza una transferencia de energía térmica
bajo la forma de calor, desde el cuerpo caliente hacia el frio. Los físicos dicen
que el calor es una forma de propagación de la energía.
Conductores y aislante térmicos
¿Cómo se propaga la energía
térmica? Cuando se calienta uno de los extremos de una barra metálica, el calor
se propaga rápidamente hacia el otro extremo: se dice que los metales son
conductores térmicos. En cambio, la madera, el vidrio y el plástico propagan
mal el calor: son aislantes térmicos. Por esta razón, las cacerolas son, por lo
general, de metal, un conductor que transmite bien el calor entre la llama que
calienta y los alimentos. Sus mangos son de madera o de plástico, es decir,
aislantes, que evitan que quien las use se queme.
En un cuerpo sólido,
liquido o gaseoso, las moléculas se agitan permanentemente. Calentar un cuerpo
es aumentar la agitación de sus moléculas.
El físico francés Sadi
Carnot (1796-1832) definió el calor como “un movimiento entre las partículas de
un cuerpo”. Esta agitación se propaga rápidamente en los metales, que son conductores.
En los aislantes, como la madera, permanece localizada y no se propaga.
La convección y las corrientes de aire
¿Por qué se calienta
todo el contenido de una cacerola si solo el fondo está expuesto al calor? Por las
corrientes de convección, que transportan el calor desde las zonas calientes
hacia las zonas frías. Circulan en todos los fluidos (líquidos y gaseosos)
expuestos a una diferencia de temperatura.
La radiación
El calor puede también ser
transmitido por una radiación. En un radiador eléctrico, los hilos enrojecidos
emiten ondas luminosas visibles (el ojo ve el color rojo de estas) y ondas
invisibles, pero perceptibles: son las ondas infrarrojas, que transportan el
calor a través del espacio. Un radiador es entonces un aparato que transforma,
primero la energía eléctrica en energía térmica, y luego, en otra forma de energía:
la energía radiante.
Calor y temperatura
Joseph Black, un físico
y químico francoescoses, de fines del siglo XVIII, fue el primero en hacer la distinción
entre calor y temperatura. El calor transmite la agitación de las moléculas de
un cuerpo a otro. En un cuerpo cualquiera, la agitación desordenada de los
miles de millones de moléculas que lo componen no es más que su energía térmica.
¿Qué es, entonces, la
temperatura?
Es la medida del grado
de agitación de estas moléculas, es decir, la medida de su energía media. Dos litros
de agua hirviendo contienen dos veces más energía térmica que un litro de agua hirviendo,
ya que encierran el doble de cantidad de moléculas. Sin embargo, el agua
hirviendo se mantiene a la misma temperatura, ya sea en uno o dos litros de
agua: la energía media de las moléculas del agua es la misma en ambos casos.
La energía y el calor
se miden en Joule (símbolo: J), y la temperatura, en grados Kelvin (símbolo: K)
o en grados Celsius (símbolo: 0C).
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