Divulgación Reflexiones sobre el calor y otros conceptos relacionados

[ignorante]

Hola camaradas. En otro hilo me ha surgido una duda que comparto con ustedes: ¿Cuál es la definición y la relación entre los siguientes conceptos?: calor, energía calorífica, energía térmica, energía interna, entalpía, trabajo, temperatura.

Gracias por sus respuestas.

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Hola camaradas, propongo que empecemos con el concepto de calor. En el otro hilo, el compañero Julián y yo hemos intercambiado algunas ideas al respecto y discrepamos en el siguiente punto:

Julián afirma que cuando hay calentamiento de un sistema debido a rozamiento (fuerza de fricción) o debido a una reacción química (combustión) entonces hubo calor en el proceso.

Yo no concuerdo con esto ya que, de acuerdo con su definición, el calor es transferencia de energía provocada por una diferencia de temperaturas. Es decir, hay calor si, y sólo si, hay de inicio una diferencia de temperatura entre dos sistemas. Y esto no se cumple en el caso de los procesos de rozamiento o de reacción química (todo inicia a una misma temperatura). No estoy negando que en estos casos hay aumento de energía interna y de temperatura; evidentemente sí los hay. Lo que digo es que a pesar de ello, no hubo calor en el proceso.

¿Qué piensan de esto camaradas?

[Richard R Richard]

Re: Reflexiones sobre el calor y otros conceptos relacionados

No pretendo dar definición exacta, ya que de didáctico tengo poco. pero propongo un ejemplo para dar mi opinión.
Dos trozos de acero a 700°C no transfieren energía neta entre si en el vacío y encerrados dentro un cuerpo negro a la misma temperatura, pero no me atrevería a tocarlos.
Calor es un concepto de como esta acumulada un tipo de energía, térmica en este caso, y la transferencia de calor es otra cosa, es un flujo de energía de una parte de un sistema a otro , que depende del medio, (radiación, convección, conducción) y solo habrá transferencia si hay un gradiente o diferencia de temperaturas entre dos partes del sistema.
Ahora bien la temperatura es magnitud que nos permite evaluar,ese nivel de energía térmica en cada parte del sistema. Cualquier sistema en todo momento esta transfieriendo calor al medio ya sea emitiendo o recibiendo, cuando la diferencia de lo que emite y recibe es nula, habrá mantenido su temperatura, si es que no realizo trabajo, diremos que estará en equilibrio, con el medio, pero no por ello podemos decir que no posee calor aludiendo a que la transferencia es nula y la diferencia es de temperatura es nula. Calor es un concepto y lo estas confundiendo a mi parecer con el de energía interna. Cualquier cuerpo puede variar su energia interna ya sea por transmitiendo de calor o produciendo o recibiendo trabajo.( Primer Principio de la Termodinamica.)

Saludos

[ignorante]

Re: Reflexiones sobre el calor y otros conceptos relacionados

Hola Richard R Richard. Gracias por tu aporte.

Dos trozos de acero a 700°C no transfieren energía neta entre si en el vacío y encerrados dentro un cuerpo negro a la misma temperatura, pero no me atrevería a tocarlos.

Yo tampoco me atrevería a tocarlo, porque precisamente en el instante del contacto, habría una transferencia de energía (calor) desde el trozo de acero hacia mi mano, ya que están a temperaturas distintas. Es decir, no hay calor en el trozo de acero cuando está aislado, sino que el calor surge cuando se pone en contacto con otro sistema a distinta temperatura (mi mano en este caso). Insisto, la definición de calor es transferencia de energía de un sistema a otro provocada por su diferencia de temperaturas. Yo no he inventado esta definición de calor; es la definición canónica que se encuentra en varias fuentes de información:

http://www.lawebdefisica.com/apuntsf...00000000000000
http://acer.forestales.upm.es/basica...o1p/calor.html
https://es.wikipedia.org/wiki/Calor
http://casanchi.com/fis/conceptostermo01.htm
http://www.wikillerato.org/Calor_y_T...3%A1micos.html

Calor es un concepto de como esta acumulada un tipo de energía, térmica en este caso, y la transferencia de calor es otra cosa

Me parece que no. De acuerdo con su definición, el calor sólo existe mientras se está transfiriendo de un sistema a otro. No es energía acumulada; es energía en tránsito. No es una propiedad de estado, sino una propiedad de trayectoria. “Calor” y “transferencia de calor” son lo mismo, interpreto yo:

http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu...ermo/heat.html
http://www.biocab.org/Calor.html
https://es.wikipedia.org/wiki/Teor%C3%ADa_cal%C3%B3rica

¿Qué piensan de esto? ¿Se me está escapando algo?

Saludos cordiales.

[ignorante]

Re: Reflexiones sobre el calor y otros conceptos relacionados

Hola camaradas. Continúo con las reflexiones sobre el calor y conceptos relacionados, invitándolos cordialmente a participar.

En el post anterior concluí que el calor se genera si y sólo si hay de inicio una diferencia de temperatura entre dos sistemas que “están comunicados”. El calor se transfiere del sistema de mayor temperatura hacia el de menor temperatura hasta llegar al equilibrio térmico. El calor sólo existe durante la transferencia de energía; la energía acumulada en un sistema ya no se denomina calor, sino de otro modo (energía interna).

Por lo tanto, un proceso de calentamiento por fricción no involucra calor, sino trabajo. Por ejemplo, si nos frotamos las manos hay un incremento de temperatura, pero debido al trabajo de la fuerza de fricción, no a la transferencia de calor. Y este proceso no involucra calor porque de inicio las manos estaban a la misma temperatura. Habría calor si por ejemplo acercáramos las manos a una fogata, ya que en este caso sí hay de inicio una diferencia de temperaturas entre el fuego y las manos.

Ciertamente después de frotarnos las manos sí hay transferencia de calor de las manos hacia el ambiente (porque están a distinta temperatura), pero este calor es un efecto posterior; en el proceso de fricción no hubo calor.

Posteriormente continuaré proponiendo otras ideas sobre este tema.

Saludos caloríficos camaradas.

[Everett IV]

Re: Reflexiones sobre el calor y otros conceptos relacionados

Hola camaradas. Continúo con las reflexiones sobre el calor y conceptos relacionados, invitándolos cordialmente a participar.
El calor sólo existe durante la transferencia de energía; la energía acumulada en un sistema ya no se denomina calor, sino de otro modo (energía interna).

Por lo tanto, un proceso de calentamiento por fricción no involucra calor, sino trabajo. Por ejemplo, si nos frotamos las manos hay un incremento de temperatura, pero debido al trabajo de la fuerza de fricción, no a la transferencia de calor. Y este proceso no involucra calor porque de inicio las manos estaban a la misma temperatura. Habría calor si por ejemplo acercáramos las manos a una fogata, ya que en este caso sí hay de inicio una diferencia de temperaturas entre el fuego y las manos.

Ciertamente después de frotarnos las manos sí hay transferencia de calor de las manos hacia el ambiente (porque están a distinta temperatura), pero este calor es un efecto posterior; en el proceso de fricción no hubo calor.

Posteriormente continuaré proponiendo otras ideas sobre este tema.

Saludos caloríficos camaradas.

No, la fricción produce calor y aumento de temperatura, lo que no hace es transmitir esa energía interna a otros subsistemas del sistema. De eso ya se encargan, como dices, la diferencia de temperaturas, en relación con la conductividad calorífica de los metariales,y los procesos de difusión del calor:conducción (el de la actividad calorífica que te acabo de contar), radiación y convección.

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Hola camaradas. Continúo con las reflexiones sobre el calor y conceptos relacionados, invitándolos cordialmente a participar.
El calor sólo existe durante la transferencia de energía; la energía acumulada en un sistema ya no se denomina calor, sino de otro modo (energía interna).

Por lo tanto, un proceso de calentamiento por fricción no involucra calor, sino trabajo. Por ejemplo, si nos frotamos las manos hay un incremento de temperatura, pero debido al trabajo de la fuerza de fricción, no a la transferencia de calor. Y este proceso no involucra calor porque de inicio las manos estaban a la misma temperatura. Habría calor si por ejemplo acercáramos las manos a una fogata, ya que en este caso sí hay de inicio una diferencia de temperaturas entre el fuego y las manos.

Ciertamente después de frotarnos las manos sí hay transferencia de calor de las manos hacia el ambiente (porque están a distinta temperatura), pero este calor es un efecto posterior; en el proceso de fricción no hubo calor.

Posteriormente continuaré proponiendo otras ideas sobre este tema.

Saludos caloríficos camaradas.

No, la fricción produce calor y aumento de temperatura, lo que no hace es transmitir esa energía interna a otros subsistemas del sistema. De eso ya se encargan, como dices, la diferencia de temperaturas, en relación con la conductividad y los procesos de difusión del calor:conducción, radiación y convección.

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No, la fricción produce energía térmica y aumento de temperatura, lo que no hace es transmitirla, eso ya lo hacen la conducción térmica, la radiación y la convención

[ignorante]

Re: Reflexiones sobre el calor y otros conceptos relacionados

No, la fricción produce calor y aumento de temperatura, lo que no hace es transmitir esa energía interna a otros subsistemas del sistema. De eso ya se encargan, como dices, la diferencia de temperaturas, en relación con la conductividad calorífica de los metariales,y los procesos de difusión del calor:conducción (el de la actividad calorífica que te acabo de contar), radiación y convección.

Hola Rulalamax. Te hago una pregunta: considerando el fenómeno frotarse las manos, ¿cuál sería para ti la secuencia de transformaciones de energía?, es decir, si ordenas los tipos de energía que se van transformando como en una cadena, ¿cómo quedaría la secuencia?

[Everett IV]

Re: Reflexiones sobre el calor y otros conceptos relacionados

El juntar las manos provoca fricción, que se transmite al cuerpo y nos ayuda a calentarnos, y también va al aire, que aún en una habitación es mucho más rápido. Al cuerpo se transmite por conducción, al aire por vonducción y luego se va alejando en el aire por convección (el aire apenas conduce el calor). Se puede transmitir algo por radiación en forma de microondas, tanto al cuerpo como al aire. En el aire si junto con otros muchos factores se pueden formar corrientes térmicas (convección) que junto a muchos miles más de fuentes de calor pueden originar nubes y pueden afectar al clima y al viento, el viento ya es energía cinética lo que lleva, aparte de energía térmica, claro. En el cuerpo se pierde en aumentar la entropía del entorno una vez que ha provocado el aumento de la energía

[visitante20160513]

Re: Reflexiones sobre el calor y otros conceptos relacionados

Bueno, una cosa es el calor y otra es como se propaga. Veamos algunos casos. Un fluido caliente circulando por una tubería térmicamente aislada, contiene energía térmica y en ella se propaga el calor por convección, pero no hay gradiente de temperaturas por ninguna parte. Así pues el calor puede existir e incluso propagarse sin que haya diferencia de temperaturas. Por otro lado resulta que los cuerpos calientes emiten radiación en función de su temperatura absoluta, no del gradiente térmico que exista con el medio, por lo tanto se propaga calor en forma de radiación sin que haya necesariamente un gradiente térmico. Vemos pues que existen múltiples ejemplos en los que existe propagación del calor sin que exista un gradiente térmico. ¿Que es el calor entonces? La manifestación física que se presenta cuando un sistema intercambia energía térmica con el medio, energía que puede almacenarse en los cuerpos a elevada temperatura y que puede propagarse en forma de calor por los tres medios clásicos, conducción, convección y radiación. Así pues en mi opinión la temperatura es un indicador que mide la cantidad de energía térmica que contienen los cuerpos y el calor es la forma en que dicha energía se propaga. En consecuencia si no hay propagación no hay calor, solo existe energía térmica. Es una cuestión de matices diferenciar entre calor y energía térmica ya que habitualmente se usan como sinónimos, pero si vamos buscando definiciones es mejor ser lo más riguroso posible. El calor es tan solo una manifestación de la energía térmica que se pone de manifiesto tan solo cuando ésta se propaga.

Salu2, Jabato.

[ignorante]

Re: Reflexiones sobre el calor y otros conceptos relacionados

Hola Rulalamax y Jabato. Gracias por sus respuestas. Creo que cuando se debate sobre la definición de conceptos, en realidad se discute sólo sobre palabras, lo cual tal vez no es muy relevante. Sin embargo, en el caso del concepto de calor y otros relacionados me parece que hay ambigüedades que llevan a la confusión al tratar de entender ciertos fenómenos (al menos a mí me ocurre eso). Por lo tanto, voy a tratar de precisar dichos conceptos apegándome a las definiciones canónicas de la física y a partir de ello voy a tratar de interpretar varios fenómenos.

Primeramente insisto en apegarme a la definición canónica de calor y considerar que sólo hay calor si de inicio hay una diferencia de temperatura; si no se cumple esta condición, entonces no hay calor. Tomando esto en cuenta, en el fenómeno de frotarse las manos (considerando que al inicio están a la misma temperatura) no hay calor. Para este caso yo interpreto la transformación de energía del siguiente modo:

Trabajo (por fricción) $\to$ Aumento de energía interna de manos

Como mencioné anteriormente, a consecuencia del aumento de energía interna se genera una diferencia de temperaturas entre las manos y el entorno, y entonces sí hay transferencia de calor, pero como un efecto final:

Trabajo (por fricción) $\to$ Aumento de energía interna de manos $\to$ Calor hacia el entorno

Es decir, el aumento de energía interna de las manos no es por calor, sino por trabajo.


Hasta aquí llego por el momento. Luego continuaré proponiendo otras ideas.

Saludos cordiales.

[visitante20160513]

Re: Reflexiones sobre el calor y otros conceptos relacionados

Yo estoy de acuerdo con lo que afirmas, aunque quizás sea más preciso substituir energía interna por energía térmica, haciendo alusión a que el trabajo se transforma en energía térmica que produce un incremento de la temperatura y en consecuencia inicia el intercambio de energía con el medio en forma de calor. Esto quizás pone de manifiesto el error semántico, muy frecuente, de identificar el calor con la energía térmica.

No estoy de acuerdo en que sea necesario un gradiente térmico para que haya calor (propagación de la energía interna) porque en el caso de radiación electromagnética propagándose en el vacío no existe dicho gradiente y sin embargo según la más estricta ortodoxia si hay propagación del calor.

Salu2, Jabato.

[ignorante]

Re: Reflexiones sobre el calor y otros conceptos relacionados

Yo estoy de acuerdo con lo que afirmas, aunque quizás sea más preciso substituir energía interna por energía térmica, haciendo alusión a que el trabajo se transforma en energía térmica que produce un incremento de la temperatura y en consecuencia inicia el intercambio de energía con el medio en forma de calor. Esto quizás pone de manifiesto el error semántico, muy frecuente, de identificar el calor con la energía térmica.

Ciertamente, los conceptos de calor, energía interna y energía térmica suelen ser motivo de confusión. Para empezar, considero que calor y energía térmica no son lo mismo. El calor es energía en tránsito (sólo existe mientras dura la transferencia de energía), en tanto que la energía térmica es energía acumulada en un objeto (asociada con su temperatura). No es correcto decir que un objeto "tiene calor"; pero sí es correcto decir que un objeto "tiene energía térmica".

Por otra parte, ¿energía térmica es lo mismo que energía interna? Creo que no. Creo que la energía térmica es una parte de la energía interna de un objeto. La energía interna es toda la energía que un objeto tiene en las partículas que lo constituyen, es decir, incluye a la energía térmica, pero también a la energía química y a la energía nuclear. Por eso cuando aumenta la energía térmica también aumenta la energía interna.

Un ejemplo que permite analizar esto con más detalle es el siguiente: supongamos que en un recipiente rígido y aislado térmicamente ocurre una reacción exotérmica. En este experimento se observaría que la temperatura al interior del recipiente aumenta. En este caso, ¿cómo consideras que sería la secuencia de transformaciones de energía?

No estoy de acuerdo en que sea necesario un gradiente térmico para que haya calor (propagación de la energía interna) porque en el caso de radiación electromagnética propagándose en el vacío no existe dicho gradiente y sin embargo según la más estricta ortodoxia si hay propagación del calor.

Aquí tocas un punto muy peliagudo que desde hace tiempo me ha incomodado: ¿Las radiaciones electromagnéticas son calor?, ¿la radiación de cualquier rango de frecuencias?, ¿en realidad no hay diferencias de temperaturas en el caso de la radiación?

¿Qué piensas de estas cuestiones?

[Everett IV]

Re: Reflexiones sobre el calor y otros conceptos relacionados

Creo que el problema es que en el lenguaje general se usa la palabra calor con muchos significados distintos. La definición 7ª de la R.A.E :

"Energía[FONT=Arial Unicode MS] [/FONT]que[FONT=Arial Unicode MS] [/FONT]pasa[FONT=Arial Unicode MS] [/FONT]de[FONT=Arial Unicode MS] [/FONT]un[FONT=Arial Unicode MS] [/FONT]cuerpo[FONT=Arial Unicode MS] [/FONT]a[FONT=Arial Unicode MS] [/FONT]otro[FONT=Arial Unicode MS] [/FONT]y[FONT=Arial Unicode MS] [/FONT]que[FONT=Arial Unicode MS] [/FONT]causa[FONT=Arial Unicode MS] [/FONT]la[FONT=Arial Unicode MS] [/FONT]dilatación[FONT=Arial Unicode MS] [/FONT]y[FONT=Arial Unicode MS] [/FONT]los [FONT=Arial Unicode MS][/FONT]cambios[FONT=Arial Unicode MS] [/FONT]de[FONT=Arial Unicode MS] [/FONT]estado[FONT=Arial Unicode MS] [/FONT]de[FONT=Arial Unicode MS] [/FONT]estos[FONT=Arial Unicode MS, Lucida Sans Unicode, Liberation Sans, DejaVu Sans, TITUS Cyberbit Basic, Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif]."

Creo que es totalmente imprecisa. Yo en mis clases procuro evitarla, uso energía interna, para la que no viene del movimiento ni es energía potencial que produzca movimiento y energía calorífica es un término de la expresión de la energía total en el que aparece la variable temperatura, y es energía interna siempre

[/FONT]¿Estáis de acuerdo ignorante, Jabato?

[ignorante]

Re: Reflexiones sobre el calor y otros conceptos relacionados

Hola Rulalamax. Considero que en un debate sobre conceptos no se debe buscar quién tiene la razón y quién está equivocado, sino llegar a un consenso en las definiciones más adecuadas. Curiosamente me parece que aunque la termodinámica es una rama de la física bien establecida desde hace más de un siglo, aún no hay un claro consenso en algunos de sus conceptos fundamentales. De mis lecturas y reflexiones, yo acepto las siguientes definiciones:

Energía cinética: es la energía asociada con el movimiento de un sistema a nivel macroscópico.
Energía potencial: es la energía almacenada en un sistema debido a la interacción entre sus partes a nivel macroscópico.
Energía interna: es la energía total asociada con las partículas de un sistema. Se divide en:
A) Energía térmica: debida al movimiento de las partículas.
B) Energía química: debida a las interacciones de tipo eléctrico entre las partículas.
C) Energía nuclear: debida a las interacciones de tipos nuclear entre las partículas.
Energía calorífica (calor): es la energía en tránsito entre dos sistemas debido a su diferencia de temperaturas.
Trabajo: es la energía en tránsito entre dos sistemas debido a una fuerza actuando durante un desplazamiento.

Por lo tanto, no estoy de acuerdo cuando dices que:

[FONT=Arial Unicode MS]energía calorífica es un término de la expresión de la energía total en el que aparece la variable temperatura, y es energía interna siempre[/FONT]

¿Qué piensas al respecto?

[visitante20160513]

Re: Reflexiones sobre el calor y otros conceptos relacionados

Yo creo que la radiación actualmente se considera energía electromagnética, aunque desde un punto de vista termodinámico la radiación tiene la consideración de calor. Cuando se afirma que el calor se propaga de tres posibles formas, por conducción, por convección y por radiación se está considerando que la radiación es sencillamente calor, aunque quizás el concepto esté algo trasnochado y podría ser revisado, la termodinámica es muy antigua y ha tenido varios antecedentes, la teoría de calórico y algunas otras mas reciente hasta que en 1845 Joule estableció el equivalente mecánico del calor, sentando las bases de la termodinámica moderna. La teoría de Maxwell es posterior y por lo tanto Joule no pudo usar los resultados de dicha teoría, pero mientras esa revisión no se haga pues la ortodoxia afirma lo que afirma, y poco más se puede decir. La perspectiva que nos suministra el tiempo y la física moderna nos permiten cuestionar muchas afirmaciónes que se hicieron en el siglo XIX pero ... es lo que hay. Por lo tanto en mi opinión la radiación debemos considerarla como una forma de calor mientras no tengamos otra definición más actualizada, al menos si de termodinámica estamos hablando. Si consideráramos que la radiación no es calor sino energía electromagnética probablemente nos estaríamos cargando alguno, si no todos, los principios de la termodinámica de un plumazo.

NOTA: Siempre debemos tener en cuenta la teoría en la que nos estamos desenvolviendo. En este mismo foro ha habido un debate reciente muy interesante en mi opinión sobre que cosa es la energía, y lo único que he podido sacar en claro es que no existe un único concepto de energía. En la mecánica clásica la energía es una cosa, que resulta ser distinta a lo que es en relatividad y por supuesto más distinta aún de lo que resulta ser en electromagnetismo o en mecánica cuántica. Cada concepto debe analizarse dentro de la teoría en la que se considera, y si tratamos de buscar respuestas válida en el seno de todas las teorías probablemente no lleguemos mas que debates muy extensos que no conduzcan finalmente a nada. La radiación en termodinámica es calor, sin lugar a dudas, aunque para Maxwell, para Planck o para Einstein, probablemente esa concepción no esté tan clara.

Salu2, Jabato.

[Everett IV]

Re: Reflexiones sobre el calor y otros conceptos relacionados

Jabato, pero tú definición de energía calorífica (bueno, la del diccionario), sería una transmisión de energía, es decir, un trabajo. Yo quitaría de la física la palabra "calor", las definiciones de la R.A.E muchas veces no coinciden con las de la jerga científica en general, el diccionario es una referencia para las palabras del español, pero en determinados vocablos, es ambigüo, la RAE lo admite incluso.Por lo demás, la energía interna es cuando tú consideras un sistema compuesto que se mueve como un todo, la energía de cada componente del sistema por sí sólo, es la energía interna, que incluye la térmica. El resto es la energía creada por los campos que no has considerado en la energía interna menos un potencial externo si lo hubiera.