Efectos del calor

Los efectos que puede experimentar un cuerpo cuando gana o pierde calor son los siguientes:

  • Variación de la temperatura
  • Cambio de estado
  • Modificación del tamaño

Variación de la temperatura

La cantidad de calor que una sustancia absorbe o cede depende de:

  • La masa de la sustancia.
  • La temperatura
  • La naturaleza de la sustancia.

Como sabes, la relación que existe entre estas magnitudes está expresada por la siguiente fórmula:

formulacalor

m es la masa (en kg).

Q es el calor absorbido o cedido (en J).

Ce es el calor específico

Tf es la temperatura final

Ti es la temperatura inicial

En el siguiente laboratorio virtual, podemos simular diferentes situaciones con distintas materias para ver como afecta el calor a la variación de temperatura.

 

Cambios de estado

Los cambios de estado son otro efecto que puede producir el calor:

 

Modificación de tamaño

Por lo general, los cuerpos se dilatan al calentarse y se contraen al enfriarse.
Los gases se dilatan mucho, los líquidos menos, y los sólidos muy poco. No obstante, en los sólidos grandes las dilataciones son muy importantes.

En la siguiente web podemos estudiar estos conceptos detenidamente. Además, esta misma WEB te permitirá repasar casi todos los conceptos del tema:

Transmisión del calor

La transmisión de calor siempre ocurre desde el cuerpo más caliente al más frío. Se puede dar por tres mecanismos: Conducción, convección y radiación.

Conducción
El proceso por el que se transmite calor de un punto a otro de un sólido se llama Conducción.
En la conducción se transmite energía térmica, pero no materia. Los átomos del extremo que se calienta, empiezan a moverse más rápido y chocan con los átomos vecinos transmitiendo la energía térmica.

Las sustancias tienen distinta conductividad térmica, existiendo materiales conductores térmicos y aislantes térmicos.

Conductores térmicos: Son aquéllas sustancias que transmiten rápidamente la energía térmica de un punto a otro. Por ejemplo, los metales.
Aislantes térmicos: Son aquéllas sustancias que transmiten lentamente la energía térmica de un punto a otro. Ejemplos: Vidrio, hielo, ladrillo rojo, madera, corcho, etc. Suelen ser materiales porosos o fibrosos que contienen aire en su interior.

Los gases son muy malos conductores del calor; por eso, el aire contenido entre las dos hojas de las ventanas con doble acristalamiento constituye un método muy eficaz para reducir las pérdidas de calor a través de ellas.

El hielo es un buen aislante térmico. La temperatura que se alcanza en el interior del iglú se mantiene bastante estable.



Convección
La convección es el proceso por el que se transfiere energía térmica de un punto a otro de un fluido (líquido o gas) por el movimiento del propio fluido.

Al calentar, por ejemplo, agua en un recipiente, la parte del fondo se calienta antes, se hace menos densa y sube, bajando el agua de la superficie que está más fría y así se genera un proceso cíclico.
En la convección se transmite energía térmica mediante el transporte de materia.





Radiación
La radiación es el proceso por el que los cuerpos emiten energía que puede propagarse por el vacío.

La energía que los cuerpos emiten por este proceso se llama Energía radiante. Por ejemplo, la Tierra recibe energía radiante procedente del Sol, gracias a la cual la temperatura del planeta resulta idónea para la vida.

Todos los cuerpos radian energía en función de su temperatura. Cuanto mayor sea la temperatura, mayor será la energía de la radiación que emiten.

Las radiaciones se clasifican, de menor a mayor energía en:

Las radiaciones de alta frecuencia son las que tienen más energía (rayos gamma, rayos X, ultravioleta).

Todos los cuerpos absorben radiación, pero también reflejan parte de ella. Los cuerpos que absorben las radiaciones, pero reflejan muy pocas, se perciben como oscuros o negros (si no reflejan ninguna). Por el contrario, los cuerpos que reflejan las radiaciones y absorben muy pocas, se perciben como claros o blancos (si las reflejan todas).



Fuente: http://www.quimicaweb.net/grupo_trabajo_ccnn_2/tema3/index.htm

Escalas de medida de la temperatura

La temperatura, como sabes, mide el grado de agitación o energía interna de las partículas que componen un cuerpo. Y para medir la temperatura se utilizan los termómetros, que utilizan diferentes escalas de medición: Celsius, Fahrenheit o Kelvin.


En el siguiente experimento interactivo, puedes ampliar la información y comprobar tus conocimientos…


Estados de la materia y energía interna

En la siguiente página, podrás ver de forma interactiva, la teoría cinético-molecular y la relación entre la energía interna de las partículas y los estados de agregación de la materia (sólido, líquido y gas). Podrás ir navegando entre las distintas pestañas para ver todo el contenido.


 

La energía cinética y la energía potencial

Como ya sabes, la energía cinética es aquella energía que posee un cuerpo debido al movimiento.

Cuanto mayor es la masa (m) del cuerpo, mayor es su energía. Lo mismo sucede con la velocidad (v), a mayor velocidad, mayor energía cinética. La manera de calcular la energía cinética es con la fórmula siguiente:

CodeCogsEqn

En el siguiente vídeo podemos ver una explicación de qué es la energía cinética y como esta se relaciona con la energía potencial que veremos a continuación.

La energía potencial es aquella que tienen los cuerpos debido a la posición que ocupan respecto a la posición de equilibrio. La energía potencial puede presentarse de diversas formas, según el tipo de sistema que tengamos: energía potencial gravitatoria, energía potencial electrostática,  energía potencial elástica,…

Nos centraremos en la energía potencial gravitatoria (Ep), que es debida a la altura a la que se encuentran los objetos respecto de un punto de referencia. Así, esta energía será mayor cuanto a mayor altura (h)  se encuentre el cuerpo. También será mayor, cuanto mayor masa (m)  tenga el cuerpo. Y también será mayor, cuanto mayor sea la aceleración de la gravedad (g)  (recuerda que esto depende del planeta o satélite en el cual nos encontramos.)  La fórmula para calcular esta energía potencial, lleva estas tres magnitudes multiplicadas, de la siguiente forma:

Ep

Aquí os dejo otro vídeo donde aclaran estos conceptos de energía potencial:

Uno  de los ejemplos más claros de conversión entre energía cinética y potencial, lo tendríamos en las montañas rusas. En estas atracciones, hay un cambio constante de un tipo a otro de energía en todo el viaje a lo largo de la atracción, como habéis podido ver en un vídeo anterior, y como podéis probar en el simulador de energía mecánica.

energias

Simulador de energía mecánica

Os presento el simulador de Energía Mecánica.

Todos recordáis lo que son la Energía Cinética, la Energía Potencial Gravitatoria y la suma de las dos, que es la Energía Mecánica.

Como la Energía Mecánica se mantiene constante si solo tenemos en cuenta el peso del cuerpo, según la posición que ocupe, la energía se irá transformando de potencial a cinética y viceversa, de manera que la suma Ec+Ep=Em se mantenga constante.

Recordad las fórmulas:

 

 

 

Y a continuación, vamos a probar con este simulador. Podéis ir cambiando tanto la masa del objeto, como la altura a la cuál lo colocamos. Observad como una vez establecida la masa y la altura, al soltarlo la Energía Mecánica permanece constante en toda la caída. Y si cambiamos de pestaña,  podemos simular la energía elástica de un muelle o diseñar nuestra propia montaña rusa para y ver como se comporta.

Fuerzas y movimiento

Uno de los efectos que provocan las fuerzas cuando actúan sobre los cuerpos es el movimiento.

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Como recordarás, las fuerzas son vectores (tienen módulo, dirección y sentido). Y los vectores se pueden sumar o restar, dando como resultado otros vectores. Por tanto, cuando sobre un cuerpo actúan diversas fuerzas, podemos sustituir todas ellas por la fuerza resultante, que es la que sustituye al conjunto de fuerzas que actúan sobre el cuerpo y produce el mismo efecto.

Veamos dos ejemplos:

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Como ves, si las dos fuerzas se aplican en la misma dirección y el mismo sentido, se suman. Y si se aplican en sentidos contrarios, se restan.

En la siguiente web, puedes probar diversos simuladores de fuerzas y movimiento:

fuerzas
https://phet.colorado.edu/sims/html/forces-and-motion-basics/latest/forces-and-motion-basics_en.html

Isaac Newton estudió la relación entre las fuerzas y el movimiento, resumiendo sus conclusiones en las tres leyes que llevan su nombre.

Para comprender un poco mejor las tres leyes de Newton, os dejo un par de vídeos donde las explican de una forma bastante clara:



Y para finalizar, un interesante vídeo sobre las consecuencias de la tercera ley de Newton combinada con la distinta masa de los cuerpos en las colisiones:

http://youtu.be/W9EqU1_DXUw