Qué es el calor en la física – Calor – Definición

El calor es la cantidad de energía que fluye de un cuerpo a otro de forma espontánea debido a su diferencia de temperatura. Calor en Física – Definición de Calor

Definición de calor

ley cero de termodinámica-calorMientras que la energía interna se refiere a la energía total de todas las moléculas dentro del objeto, el calor es la cantidad de energía que fluye de un cuerpo a otro de forma espontánea debido a su diferencia de temperatura. El calor es una forma de energía, pero es energía en tránsito . El calor no es una propiedad de un sistema. Sin embargo, la transferencia de energía como calor ocurre a nivel molecular como resultado de una diferencia de temperatura .

Considere un bloque de metal a alta temperatura, que consiste en átomos que oscilan intensamente alrededor de sus posiciones promedio. A bajas temperaturas , los átomos continúan oscilando, pero con menos intensidad . Si un bloque de metal más caliente se pone en contacto con un bloque más frío, los átomos que oscilan intensamente en el borde del bloque más caliente emiten su energía cinética a los átomos menos oscilantes en el borde del bloque frío. En este caso, hay una transferencia de energía entre estos dos bloques y el calor fluye del bloque más caliente al más frío por estas vibraciones aleatorias.

En general, cuando dos objetos se ponen en contacto térmico , el calor fluirá entre ellos hasta que se equilibren entre sí. Cuando existe una diferencia de temperatura , el calor fluye espontáneamente del sistema más cálido al sistema más frío . La transferencia de calor ocurre por conducción o por radiación térmica . Cuando se detiene el flujo de calor , se dice que están a la misma temperatura . Luego se dice que están en equilibrio térmico .Al igual que con el trabajo, la cantidad de calor transferido depende de la ruta y no simplemente de las condiciones iniciales y finales del sistema. En realidad, hay muchas maneras de llevar el gas del estado i al estado f.

Además, como con el trabajo, es importante distinguir entre el calor agregado a un sistema de su entorno y el calor eliminado de un sistema a su entorno. Q es positivo para el calor agregado al sistema, por lo que si el calor sale del sistema, Q es negativo. Debido a que W en la ecuación es el trabajo realizado por el sistema, entonces si el trabajo se realiza en el sistema, W será negativo y E int aumentará.

El símbolo q a veces se usa para indicar el calor agregado o eliminado de un sistema por unidad de masa . Es igual al calor total (Q) agregado o eliminado dividido por la masa (m).

Distinguir temperatura, calor y energía interna

Usando la teoría cinética, se puede hacer una distinción clara entre estas tres propiedades.

  • La temperatura está relacionada con las energías cinéticas de las moléculas de un material. Es la energía cinética promedio de las moléculas individuales.
  • La energía interna se refiere a la energía total de todas las moléculas dentro del objeto. Es una propiedad extensa , por lo tanto, cuando dos lingotes de acero de masa igual pueden tener la misma temperatura, pero dos de ellos tienen el doble de energía interna que uno.
  • Finalmente, el calor es la cantidad de energía que fluye de un cuerpo a otro de forma espontánea debido a su diferencia de temperatura.

Debe agregarse, cuando existe una diferencia de temperatura , el calor fluye espontáneamente del sistema más cálido al sistema más frío . Por lo tanto, si un cubo de acero de 5 kg a 100 ° C se pone en contacto con un cubo de acero de 500 kg a 20 ° C, el calor fluye desde el cubo a 300 ° C al cubo a 20 ° C, aunque la energía interna del cubo de 20 ° C es mucho mayor porque hay mucho más.

Un concepto particularmente importante es el equilibrio termodinámico . En general, cuando dos objetos se ponen en contacto térmico , el calor fluirá entre ellos hasta que se equilibren entre sí.

Ejemplo: evaporación de agua a presión atmosférica

Calcule el calor requerido para evaporar  1 kg  de agua a la presión atmosférica (p = 1.0133 bar) y a la temperatura de 100 ° C.

Solución:

Como estos parámetros corresponden al estado líquido saturado, solo se requiere calor latente de vaporización de 1 kg de agua. De las mesas de vapor , el calor latente de vaporización es L = 2257 kJ / kg. Por lo tanto, el calor requerido es igual a:

ΔH = 2257 kJ

Tenga en cuenta que la entalpía específica inicial h 1  = 419 kJ / kg, mientras que la entalpía específica final será h 2  = 2676 kJ / kg. La entalpía específica del vapor seco a baja presión es muy similar a la entalpía específica del vapor seco a alta presión, a pesar de que tienen temperaturas diferentes.

Ejemplo: evaporación de agua a alta presión

Calcule el calor requerido para evaporar  1 kg  de agua de alimentación a la presión de 6 MPa (p = 60 bar) y a la temperatura de 275.6 ° C ( temperatura de saturación ).

Solución:

Como estos parámetros corresponden al  estado líquido saturado , solo se requiere calor latente de vaporización de 1 kg de agua. De las mesas de vapor, el calor latente de vaporización es L = 1571 kJ / kg. Por lo tanto, el calor requerido es igual a:

ΔH = 1571 kJ

Tenga en cuenta que la entalpía específica inicial h 1  = 1214 kJ / kg, mientras que la entalpía específica final será h 2  = 2785 kJ / kg.

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