Reflexiones sobre el calor y otros conceptos relacionados

[visitante20160513]

Re: Reflexiones sobre el calor y otros conceptos relacionados

Yo diría que no, que una cosa es el calor, otra la energía térmica y otra es el trabajo. Para que haya trabajo debe haber fuerzas y desplazamientos según la definición clásica del trabajo, para que haya energía térmica debe existir temperatura ya que ésta es el indicador de la cantidad de energía térmica que contiene un cuerpo y para que haya calor debe haber desplazamiento de esa energía (la radiación es un caso excepcional, como ya he comentado, que podría replantearse aunque también es cierto que debido a la radiación que emiten los cuerpos calientes estos pierden parte de su energía térmica y por lo tanto no es del todo incorrecto el punto de vista termodinámico clásico que afirma que la radiación es calor, es decir energía térmica en movimiento, aunque entonces debe excluirse de aquí en mi opinión la radiación que emiten las cargas aceleradas o las corrientes variables ya que no es de origen térmico). Las tres cosas, energía térmica, calor y trabajo, son cosas muy distintas, si no estoy equivocado y no creo haber dicho otra cosa distinta a lo largo de este hilo, aunque nunca se sabe, a veces uno pulsa unas teclas y el teclado escribe otras, imagino que todos conocéis el fenómeno.

NOTA: El tema de la radiación es digno de un análisis más profundo pero que se aclara de una forma sencilla diciendo que existen dos formas de generar radiación, la radiación de origen térmico y la de origen electromagnético. Creo que en la termodinámica clásica siempre que se hace referencia a la radiación como calor se hace referencia a la radiación de origen térmico, aunque hoy sabemos que las dos son la misma cosa, gracias a Maxwell.

Salu2, Jabato.

[Richard R Richard]

Re: Reflexiones sobre el calor y otros conceptos relacionados

Hola , he estado leyendo el hilo, y veo que mi idea de lo que es el calor no es la que ustedes defienden, pero en su definición de calor como energía transmitida, me hace ruido que los libros llamen transmisión de calor a lo que seria "transmisión de energía transmitida" valga la redundancia.

Por ello defendí la idea muy vaga de que calor "concepto" y el que han aportado aqui hace referencia a un flujo a de energía, de un determinado tipo.

En base a su forma de enunciar deduzco, que un sistema en equilibrio térmico, no provocaría calor, aunque parte del sistema pueda radiar, o conducir a otra parte del propio sistema, igualando la energía cinética de sus moléculas.

y también que la luz y las ondas de radio, formarían parte de la energía calorífica que podría ser transmitida.

Creo que deberían acotar el espectro de radiaciones electromagnéticas para clasificarlas como calor y que una decir transferencia neta nula de energía calorífica no es equivalente a ausencia de calor.

Dos sistemas por separado que se hallen en equilibrio térmico cada uno a distinta temperatura ej 50°C y 3°C, no tendrían calor, si distinta energía interna, que pueden transmitir como energía calorífica con distintas tasas.

Pero sus estudiantes dirán que un a esa caliente y otro frío. Así el concepto se mezcla con el de temperatura.

En este último punto es donde me apoyo errado o no, en decir que "calor" a secas tendría un significado mas parecido a energía calorífica que a flujo de esa energía.
Se a priori que probablemente no compartan lo que expongo, pero me gustaría conocer vuestro punto de vista.

[visitante20160513]

Re: Reflexiones sobre el calor y otros conceptos relacionados

El calor es la transmisión de energía térmica, no la "transmisión de energía transmitida" y se puede hablar de las formas en las que esa energía se transmite usando la expresión transmisor del calor aunque también podría decirse transmisión de la energía térmica, no sé de donde te has sacado eso de transmisión de energía transmitida. Ten en cuenta que el lenguaje es muy caprichoso y tiene muy buena memoria, igualito que las mujeres, y si hacemos un poco de historia verás que antiguamente existió una teoría que se llamó teoría del calórico que era una especie de fluido invisible que era el causante de los fenómenos térmicos al transmitirse a través de los cuerpos y de unos cuerpos a otros, hoy en día sabemos que el calor no es ningún fluido ni nada que se le parezca, pero es muy probable que los hábitos de hablar de la transmisión del calórico se pasaran al lenguaje y acabaran convirtiéndose en lo que hoy conocemos como transmisión del calor, en cualquier caso sería un problema lingüistico, no físico. Te recomiendo que te leas algunas de las definiciones que aparecen en Internet del calor y la energía térmica, y aprenderás algunas cosas. Por ejemplo que en todos los casos que encuentres definiciones del calor siempre se tiene una definición dinámica, es decir el calor es energía pero energía en movimiento, o sea que se propaga. Si buscas además que es la energía térmica te quedará claro que el calor y la energía térmica son cosas distintas. Los cuerpos no contienen calor sino energía térmica cuya cantidad es proporcional a su temperatura, y que es consecuencia de la agitación de sus átomos y moléculas y solo se reconoce el calor cuando esa energía térmica se desplaza de unos cuerpos a otros o a través de un mismo cuerpo.

SUGERENCIA: Cuando leas algo que ha escrito otro procura entenderlo antes de criticarlo.

Salu2, Jabato.

[Julián]

Re: Reflexiones sobre el calor y otros conceptos relacionados

Me parece que se están enredando en conceptos o en definiciones más que en los procesos físicos en sí. Y toman definiciones antiguas.


$\dst {\int}_{l} ({\sum}_{i=1}^{n} \vec{F} ) . d \hat{l} = \Delta {E}_{c}$


$\dst {\int}_{l} ({\sum}_{i=1}^{n} {\vec{F}}_{nc} ) . d \hat{l} + {\sum}_{k=1}^{n} {\int}_{l} - \nabla U d \hat{l} = \Delta {E}_{c}$

$\dst {\int}_{l} ({\sum}_{i=1}^{n} {\vec{F}}_{nc} ) . d \hat{l} - {\sum}_{k=1}^{n} \Delta U= \Delta {E}_{c}$

Por lo que tenemos que la variación de la energía cinética es igual al trabajo de las fuerzas no conservativas menos la variación de las energías potenciales (gravitatorial, potencial, electrica).


$\dst {\int}_{l} ({\sum}_{i=1}^{n} {\vec{F}}_{nc} ) . d \hat{l} = \Delta {E}_{c}+{\sum}_{k=1}^{n} \Delta U$


Por nuestas limitaciones no podemoos conocer los valores las energías cinéticas de todas las partículas de un sistemas por lo que trabajamos con su promedio y al mismo lo denominamos temperatura. Para simplificar tomemos un gas monoatómico. Y considerando que actúan solo una especie de fuerza no conservativa y 1 tipo de energía potencial


$\dst K <{\int}_{l} {\vec{F}}_{nc} . d \hat{l} >= K \Delta ( <{E}_{c}>)+ K \Delta < U>$

Donde <> es el operador valor medio y K una constante de proporcionalidad que como supondrán tiene correlación física con la constante de Botlzaman solo que no quiero entrar en detalle.

[Error LaTeX: Compilación LaTeX fallida]

Por ende el calor efectivamente es el valor medio de todos los trabajos de las fuerzas no conservativas que se aplican a las inumerables partículas del sistema. Justamente en los cálculos de mecánica clásica la variación de energía mecánica en "temperatura" está dada por fuerzas no conservativas. Siendo efectimante transmitida esa fuerza mediante el choque de partículas entre átomos o fotones. Pero en última instancia, son los fotones los mediadores de las fuerzas y por lo tanto la transmición de energía. En fín, la fuerza no es conservativa y por lo tanto es debide de la variación de una energía potencial.

PD: los valores estadísticos pueden ser un poco más complejos de lo que parecen pero yo solo lo llamé <> al operador apropiado según sea el caso pero tiene una relación con la curva gausiana y por lo tanto con la distribución de maxwell boltzman. Y por cierto las cosas se complican un poco al considerar que está el límite de la mecánica cuántica en donde empieza a aplicar el principio de incertidumbre además de que la curva gaussiana y por lo tanto la distribución de maxwell boltzman es llevada con valores discretos de energía pero el desarrollo anterior es llevado al caso clásico

[Alriga]

Re: Reflexiones sobre el calor y otros conceptos relacionados

... el calor efectivamente es el valor medio de todas las fuerzas no conservativas que se aplican a las innumerables partículas del sistema...

Perdona, no es por ser tiquismiquis, pero creo que lo que querías decir es que "el calor efectivamente es el valor medio del trabajo de todas las fuerzas no conservativas que se aplican a las innumerables partículas del sistema"

Un saludo.

[Julián]

Re: Reflexiones sobre el calor y otros conceptos relacionados

Tienes razón, mientras lo desarrollaba se me pasó.

[Richard R Richard]

Re: Reflexiones sobre el calor y otros conceptos relacionados

SUGERENCIA: Cuando leas algo que ha escrito otro procura entenderlo antes de criticarlo.

Creo que no he expresado bien la idea, o no se me ha entendido, pues los conceptos los entiendo, solo que de manera similar se ha hecho con el debate del termino energía, le estoy buscando adrede la quinta pata al gato, donde esta esa ambigüedad, para salir "ganando" cuando se dan diferentes puntos de vista del mismo concepto.

no sé de donde te has sacado eso de transmisión de energía transmitida.

Justamente, marque la redundancia. Hice referencia a que los libros hablan de transmision de calor, cuando el calor aqui lo definen como energia termica transmitida, con ello intento decir que la palabra calor, como tu si has podido expresar, tiene una ambigüedad de caracteristica lingüistica, pero repito no creo tener problemas al identificar fisicamente la ocurrencias de tales conceptos.

Por otro lado, lo que he preguntado y no me han respondido, es que un sistema para estar en equilibrio, debe siempre mantener un nivel promedio de movimiento de sus moleculas, que medimos como temperatura, es decir partes del sistema es transmiten y reciben energia dentro de si mismo, aunque el flujo neto hacia el universo sea 0. Entonces la definición me parecia corta pues en todo momento hay transmision, pero es mi interpretación, y pense que querían debatir ideas, correctas o no.

Saludos y gracias.

[visitante20160513]

Re: Reflexiones sobre el calor y otros conceptos relacionados

No, no siempre hay transmisión, solo hay transmisión si la energía térmica promedio varía. Piensa que solo hay transmisión de energía térmica si hay incremento de la energía térmica promedio en alguna región, en cuyo caso debe haber incremento de la temperatura, y entonces es cuando se produce el fenómeno del calor porque en una cierta región hay aporte de energía térmica, aunque lógicamente debe haber disminución en otras regiones. En el caso de la radiación hay dos pasos intermedios que son transformar la energía térmica en energía radiante para posteriormente realizar la transformación inversa, pero a fin de cuentas es lo mismo, un cuerpo transfiere energía térmica a otro. Si la energía térmica promedio no varía en una cierta región el fenómeno del calor no se presenta, no es correcto considerar que hay un flujo de energía térmica entrante que compensa a un flujo de energía térmica saliente, piensa que siempre estamos hablando de energía y de valores promedio.

Te pondré un ejemplo mecánico sencillo (aunque algo burdo quizás) a ver si así lo entiendes, un coche de una montaña rusa desplazándose sin rozamiento. Su energía cinética varía cuando sube y cuando baja, de eso no hay duda, y existe aporte instantáneo de energía cinética suministrado por la gravedad según el caso, pero su energía cinética promedio no varía y es ahí donde está la diferencia. La "temperatura equivalente" permanecería constante y por lo tanto el coche se encontraría en "equilibrio térmico". No habría flujo de calor.

Salu2, Jabato.

[Everett IV]

Re: Reflexiones sobre el calor y otros conceptos relacionados

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.

Salu2, Jabato.

Una cosa son los términos en los que hay que desarrollar la energía en cada problema físico, y otra cosa es la definición general. En Mecánica clásica, la energía es el la acción en una unidad de tiempo que tiende a 0, $H=\frac{\partial S }{\partial t}$, donde S es la acción y t es el instante del sistema . En física cuántica, la energía es el operador hamiltoniano o sus autovalores $H=i\hbar\frac{\partial \psi}{\partial t}$. Se puede definir de muchas otras formas desde luego, pero desde un punto de vista teórico profundo, creo que éstas son buenas definiciones.


Saludos, Raúl

[Julián]

Re: Reflexiones sobre el calor y otros conceptos relacionados

Una cosa son los términos en los que hay que desarrollar la energía en cada problema físico, y otra cosa es la definición general. En Mecánica clásica, la energía es el la acción en una unidad de tiempo que tiende a 0, , donde S es la acción y t es el instante del sistema . En física cuántica, la energía es el operador hamiltoniano o sus autovalores . Se puede definir de muchas otras formas desde luego, pero desde un punto de vista teórico profundo, creo que éstas son buenas definiciones.

Negativo, la definición de energía es la misma para toda la física ya que no serviría tener muchas definiciones y esta es la capacidad para producir un cambio entendíendose a cambio como una variación de parámetros o variables física totales en un sistema, siendo un sistema un objeto en bajo estudio.
Lo que cambia de un tipo de física es la forma de medirla o expresarla, es decir, en mecánica clásica la variación de energía es igual al trabajo, en termodinámica a las variaciones de temperatura, en mecánica cuántica es obtenida al aplicar el operador hamiltoniano a la función de onda del sistema.

Es por eso que siguiendo el hilo y no entrando en una discusición sobre energía que ameritaría seguir hilos anteriores o abrir otros. Ante la imposibilidad o engorrosidad de trabajar con trabajos que resultan de medias estadísticas se define el concepto de calor siendo este un concepto referente a transmición de energía (es exactamente lo mismo si lo miramos desde el punto de vista clásico, ya que una variación o transmición de energía es debido a un trabajo) la cual aumenta las energías cinéticas y potenciales promedios de todas las partículas y dicho promedios de energías se cuantifican en algún parámetro físico, por ejemplo se define el grado centigrado en función de los cambios del agua. Pero no hay que olvidar que el calor es debido a trabajos de fuerzas no conservativas ya que cambian la energia mecánica de las partículas

[visitante20160513]

Re: Reflexiones sobre el calor y otros conceptos relacionados

Pues hombre, no puede ser la misma para toda la física porque por ejemplo en relatividad existe la energía en reposo de los cuerpos con masa, y sin embargo en la mecánica clásica no, así que no entiendo muy bien tu argumento. Ahora bien si consideramos que la mecánica clásica ya está obsoleta, y que solo tiene validez la relativista pues quizás sí, pero tampoco se entiende como es posible que en relatividad la energía pueda variar de forma continua y sin embargo en mecánica cuántica eso no sea posible porque la energía se distribuye en paquetes o cuantos. ¿Puedes decirme si solo existe una única definición de la energía como se pueden compatibilizar dichos fenómenos? No quiero abrir un debate sobre energía en este hilo, ya que este hilo trata del calor, pero es que tampoco acepto tu definición para el calor. El calor no depende de la energía mecánica de las partículas, depende solo de la energía cinética de las partículas, los gases se calientan porque aumentan la energía cinética de sus partículas, si fuera como tu dices al elevar unos metros un recipiente conteniendo un gas éste se calentaría, el recipiente y el gas. El calor lo que hace es aumentar el valor de la energía cinética media de agitación de las partículas (energía térmica) de un sistema independientemente de cual sea su energía mecánica total. Y respecto de la energía tampoco estoy de acuerdo con lo que afirmas. Decir que la energía es la capacidad de producir un cambio es lo mismo que no decir nada. La fuerza también es capaz de producir un cambio y no podemos identificar las fuerzas con la energía, aunque todo esto ya se discutió en el otro hilo, así que lo dejo estar recomendándote que lo leas detenidamente, ya que fue muy interesante, y sigamos aquí con el calor, que es lo suyo.

Salu2, Jabato.

[Chusg]

Re: Reflexiones sobre el calor y otros conceptos relacionados

Respecto al tema inicial (definición de calor y si puede haber calor sin diferencia de temperatura) estoy de acuerdo con Jabato. El criterio más aceptado en física (y yo creía que el único) es que calor implica siempre una transferencia de energía, pero no tiene por qué ser consecuencia de una diferencia de temperatura: véase por ejemplo el calor latente en un cambio de fase (en la que no hay modificación de temperatura):

https://es.wikipedia.org/wiki/Calor_latente

De todas formas es cierto que hoy en día el concepto de calor probablemente no fuera necesario y quizá introduzca más confusión o ambiguedades que otra cosa, pero el lenguaje y las costumbres arraigadas no se pueden cambiar así como así.

[ignorante]

Re: Reflexiones sobre el calor y otros conceptos relacionados

Respecto al tema inicial (definición de calor y si puede haber calor sin diferencia de temperatura) estoy de acuerdo con Jabato. El criterio más aceptado en física (y yo creía que el único) es que calor implica siempre una transferencia de energía, pero no tiene por qué ser consecuencia de una diferencia de temperatura: véase por ejemplo el calor latente en un cambio de fase (en la que no hay modificación de temperatura)

Hola Chusg. Creo que estás confundido al dar este ejemplo. La definición termodinámica de calor, que yo he defendido en este hilo, dice que el calor siempre es provocado por una diferencia de temperatura. El ejemplo que tú presentas es distinto; tu ejemplo es del calor latente que no provoca un cambio de temperatura.

Ciertamente el calor transferido a un sistema no siempre causa un aumento en la temperatura de dicho sistema (como en el calor latente). Pero el calor siempre es causado por una diferencia de temperaturas. Por ejemplo, si en una estufa se está calentando agua en ebullición, no hay cambio de temperatura del agua, pero si hay diferencia de temperatura entre el agua y la fuente de calentamiento (la flama de la hornilla). En resumen, no es lo mismo causar, que ser causado.

Saludos cordiales.

[Julián]

Re: Reflexiones sobre el calor y otros conceptos relacionados

Pues hombre, no puede ser la misma para toda la física porque por ejemplo en relatividad existe la energía en reposo de los cuerpos con masa, y sin embargo en la mecánica clásica no, así que no entiendo muy bien tu argumento. Ahora bien si consideramos que la mecánica clásica ya está obsoleta, y que solo tiene validez la relativista pues quizás sí, pero tampoco se entiende como es posible que en relatividad la energía pueda variar de forma continua y sin embargo en mecánica cuántica eso no sea posible porque la energía se distribuye en paquetes o cuantos. ¿Puedes decirme si solo existe una única definición de la energía como se pueden compatibilizar dichos fenómenos?

Simple, la capacidad de producir un cambio puede estar caracterizado por la masa en reposo, o la frecuencia de una onda; en sí si te fijas tus argumentos, la masa en reposo puede cambiar en perturbaciones del campo electromagnético como el fotón y dichos fenómenos ocurren muy a menudo y la inversa también se da, que fotones decaigan en partículas con masa en reposo (como observarás hay una densidad langrangiana en los campos y "cambios en dichos modos de oscilaciones").
Ahora en mecánica relativista especial, la diferencia es que la capacidad para producir un cambio dado por la energía cinética depende de la velocidad relativa, ahi hay una restricción en cuanto a que para cada observador el cuerpo puede producir diferentes cambios según la velocidad relativa de sus sistemas de referencia con el objeto. Pero la energía como capacidad de producir un cambio sigue valiendo, habrá posibilidad de que el objeto produzca un cambio si hay velocidad relativa. Así por ejemplo no es el mismo el cambio que produce la colisión de un automovil contra un auto detenido que si dicho auto colisiona con otro que se desplaza con una velocidad de 0.5 [m/s] inferior en el mismo sentido (es decir lo choca de atrás y le abolla el paragolpe mientras que en la situación anterior el cambio será mucho más evidente).

A su mez creo que no entiendes la mecánica cuántica porque la energía está cuantizada solo para partículas en pozos de potenciales, un electrón libre puede tomar cualquier valor de energía. La restriccion que impone la mecánica cuántica es la observación y la indeterminación. Es decir, un fotón puede producir una transición (cambio) electrónico al incidir en un átomo de manera tal que existe una combinación lineal de posibles niveles energéticos y que mientras más determinado sea el cambio de nivel menos determinado será la duración, etc.

pero es que tampoco acepto tu definición para el calor. El calor no depende de la energía mecánica de las partículas, depende solo de la energía cinética de las partículas, los gases se calientan porque aumentan la energía cinética de sus partículas, si fuera como tu dices al elevar unos metros un recipiente conteniendo un gas éste se calentaría, el recipiente y el gas. El calor lo que hace es aumentar el valor de la energía cinética media de agitación de las partículas (energía térmica) de un sistema independientemente de cual sea su energía mecánica total

Si sigues el desarrollo lo observarás. Una cosa es para un gas monoatómico en el que las partículas no interaccionan entre ellas (muy raro en la naturaleza), en ese caso no hay energía potencial y la temperatura es solo la energía cinética promedio. En cambio para partículas que componen un sólido estás están fijas en su posición mediante enlaces eléctricos (energía potencial), las colisiones entre estas partículas producen una fuerza externa que se contrapone a la eléctrica sacándolo de equilibrio pero dicha fuerza luego restaura la posición oscilando, es por esto que se puede modelar clásicamente como resortes, es decir hay una energía potencial elástica. Es por esto que cuesta más calentar el diamante que el carbon aunque ambos tengan la misma partícula, el carbono, cambia sus configuraciones electrónicas. A su vez estos osciladores están cuantizados y es lo que utilizó Planck para desarrollar la cuántica ya que estos osciladores toman niveles discretos de energía (porque son partículas en pozo de potenciales), es decir, oscilación, es decir, cambio.

Y respecto de la energía tampoco estoy de acuerdo con lo que afirmas. Decir que la energía es la capacidad de producir un cambio es lo mismo que no decir nada

Negativo, es lo que posibilitó que la ciencia se unifique, es decir, unificar la química con la física, la biología con la física, el deporte con la física y unificar diferentes ramas de la física. Solo hace falta tomar un cambio como patrón por ejemplo el cambio que se efectúa en un cuerpo de 1 Kg cuando se le aplica una fuerza de 1 N durante 1 metro, o el cambio de 1 electrón cuando está a una diferencia de potencial de 1 V, o el cambio que experimenta 1 gramo de agua al aumentar 1ºC. Despues de esto solo hace falta hacer comparaciones ya que sin duda 1 cuerpo de 1 Kg que experimenta una fuerza de 1 N durante 1 metro en cuyo final hay una masa de agua habrá un cambio de temperatura en dicha masa de agua en el impacto. O un conjunto de electrones en un material resistivo donde en sus extremos hay una diferencia de potencial hay un aumento de temperatura y si ponemos esa resistencia en el agua la podemos comprar con el cambio patrón que se tomó del agua y con esto a su vez la podemos comparar con el cambio del cuerpo de 1 Kg, etc. Las comparacionesentre cantidades son relaciones y las relaciones se expresan matemáticamente, que son las formulas que se observan en la físcia, es así que
$<br /> 1[J] = 1.60*{10}^{19}[eV]$
Si no fueran lo mismo no se podría hacer esa relación ya que se usaría electronvoltio para cúantica y Joule para clásica solamente.

En fin, mi conclusión es que no hay que quedarse con lo que dicen los libros porque estos apuntan a un nivel dado y tienen una fecha de publicación. Lo importante es indagar y demostrar, no negar porque solo nos parece sino afirmar mediante observaciones.

[Chusg]

Re: Reflexiones sobre el calor y otros conceptos relacionados

La definición termodinámica de calor, que yo he defendido en este hilo, dice que el calor siempre es provocado por una diferencia de temperatura. El ejemplo que tú presentas es distinto; tu ejemplo es del calor latente que no provoca un cambio de temperatura [...] el calor siempre es causado por una diferencia de temperaturas.

Las transiciones de fase como el paso de líquido a vapor no siempre están causadas ni provocadas por una diferencia de temperatura. Por ejemplo, en una superficie de agua en contacto con el aire, si el aire no está saturado de vapor siempre habrá evaporación, aunque todo el sistema esté inicialmente a la misma temperatura, y en esa evaporación se absorbe calor latente como en cualquier otra evaporación (de hecho esto es el principio de funcionamiento del botijo). Es decir, la evaporación no tiene por qué ser debida a que calentemos el agua, se producirá siempre que la presión parcial de vapor encima del agua esté por debajo del valor de saturación.

Tú te estás aferrando de manera estricta a una definición muy restrictiva de calor que viene en muchos libros pero que en mi opinión no se puede tomar al pie de la letra. Ni si quiera esos mismos libros lo hacen. Aunque creo que todo esto es un debate semántico que tampoco tiene mayor interés. Si en vez de calor habláramos simplemente de transferencia de energía, creo que todos estaríamos de acuerdo.