Reflexiones sobre el calor y otros conceptos relacionados

[ignorante]

Re: Reflexiones sobre el calor y otros conceptos relacionados

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.

Hola Chusg. Considero que mi actitud de abogar por una definición precisa del concepto de calor no es sólo una discusión semántica sin relevancia. Si no contamos con definiciones precisas de los términos “calor” y “trabajo”, ¿es factible comprender y utilizar correctamente la siguiente expresión de una ley fundamental de la física?: $\Delta$U = W + Q . Considero que no.

Admito que posiblemente estoy equivocado al insistir en que el calor es provocado siempre por una diferencia de temperaturas; pero entonces te pregunto, Chusg, y pregunto a todos: ¿cuáles serían, según su criterio, las definiciones precisas de “calor” y de “trabajo”?

PD. Si admitimos esto que sugieres:

Si en vez de calor habláramos simplemente de transferencia de energía, creo que todos estaríamos de acuerdo.

¿entonces ya no sería necesario distinguir entre trabajo y calor?, ¿en este caso cómo utilizaríamos la expresión $\Delta$U = W + Q?

Saludos.

[visitante20160513]

Re: Reflexiones sobre el calor y otros conceptos relacionados

Pues hombre, aunque la pregunta no va dirigida a mi creo que podría contestarla:

$\mathbf{Q=\Delta E_t\qquad\to\qquad\Delta U=W+\Delta E_t}$

que además pondría de manifiesto que el calor no es más que el incremento de energía térmica. En este caso debe entenderse por energía térmica la energía cinética de sus partículas debida a la agitación molecular.

Salu2, Jabato.

[Julián]

Re: Reflexiones sobre el calor y otros conceptos relacionados

¿entonces ya no sería necesario distinguir entre trabajo y calor?, ¿en este caso cómo utilizaríamos la expresión U = W + Q?

¿Cómo que no? a fines prácticos si por más que en su última esencia el calor es el trabajo promedio de todas las fuerzas no conservativas actuantes en las partículas del cuerpo, en la práctica nunca prodemos realizar tal medición o apreciación o sería enormemente engorroso, tedioso y es por lo que hemos estado diciendo la termodinámica es una rama estadística de manera de poder trabajar con esta.
Así W es la parte de la energía que es modificada por trabajos de fuerzas que actúan sobre las paredes del sistema (siendo el sistema el cuerpo o objeto en estudio) de manera que dicha fuerza actúan en lo macroscópico y el calor es el trabajo promedio de fuerzas no conservativas que actuaría sobre partículas individuales dando una variación de energía promedio en cada partícula, por ende fuerzas que actúan en lo microscópico.
Esto mismo pasa ignorante por ejemplo con la radiación electromagnética, como sabrás esta transmite energía, la cual tiene la siguiente expresión:

$\dst E= \frac{{{E}_{max}}^{2}}{\mu c} . A t$ donde A es la superficie en que incide y t el tiempo de exposición.

Evidentemente sal afuera y está un rato al sol y observa como dicha energía cambia la temperatura. Pero también la radiación transmite momento, el cual actúa sobre el cuerpo en conjunto y ese cambio de momento del pasar de la sombra a la luz se evidencia en una fuerza que es pequeña y no la sentirás pero se usa actualemte en un proyecto que envió la nasa que ya está probando la presión solar en velas solares. La presión de radiación está dada por:

$\dst P = \frac{{{E}_{max}}^{2}}{\mu }$ y la fuerza que ejerce es: $\dst \frac{{{E}_{max}}^{2}}{\mu c} A$

Puedes observar como ambos fenómenos están relacionados ignorante y que al ponernos a la "luz" hay W y también Q

Efectivamente la luz transmitiría energía y momento dando solo una fuerza que se manisfestaría solo en presión y por lo tanto en trabajo (que tu denominas W) y no calentaría si fuera coherente la radiación, cosa que no lo es en general. La no coherencia produce que la fuerza dada por un cambio de momento que produce un cuanto de luz (fotón) al incidir sobre una partícula cargada sea diferente en instante de tiempos y en partículas diferentes por lo que los momentos no son iguales en general y dan un movimiento aleatorio y no con una sola dirección. Es por esto que sentimos más el calor que la presión. PERO ahora te pregunto ¿ves la diferencia en este análisis?

¿es factible comprender y utilizar correctamente la siguiente expresión de una ley fundamental de la física?: U = W + Q . Considero que no.

Es porque no es una ley fundamental de la física. Una ley fundamental de la física es la conservación de la energía ante simetrías temporales o la conservación del momento ante simetrías espaciales o la conservación de la carga.

[Dexter Morgan]

Re: Reflexiones sobre el calor y otros conceptos relacionados

Hay que reconocer la diferencia en cuanto a que es calor y trabajo:

El calor no es una nueva forma de energía, es el nombre dado a una transferencia de energía de tipo especial en el que intervienen gran número de partículas. Se denomina calor a la energía intercambiada entre un sistema y el medio que le rodea debido a los choques entre las moléculas del sistema y el exterior al mismo y siempre que no pueda expresarse macroscópicamente como producto de fuerza por desplazamiento.


y el trabajo es una transferencia de energía a través de la frontera de un sistema asociada a un cambio en las variables macroscópicas.

[ignorante]

Re: Reflexiones sobre el calor y otros conceptos relacionados

Gracias al intercambio de ideas en este hilo he llegado a la conclusión de que no se sostiene mi idea de que hay calor si y sólo si hay una diferencia de temperatura entre sistemas; no quiero decir que esto sea incorrecto, sino que es una definición limitada. Es necesario ampliar el concepto. Por lo tanto a continuación propongo otras definiciones que me parecen las más adecuadas (coinciden en mucho, creo, con las ideas de Jabato):

Trabajo: es la energía transferida a un sistema por medio de una fuerza actuando durante un desplazamiento a nivel macroscópico.
Energía térmica: es la energía contenida en un sistema debida al movimiento de sus partículas, y evidenciada por su temperatura.
Calor: es la energía transferida a un sistema o a una porción de un sistema, distinta al trabajo, que le provoca un aumento de energía térmica.

Considero que estas definiciones se adaptan a todos los casos “raros” que se han mencionado en los posts anteriores.

¿Qué les parecen?

[visitante20160513]

Re: Reflexiones sobre el calor y otros conceptos relacionados

Bueno, sí, aunque hay algunos matices que podrían mejorarlas. Por ejemplo, en el concepto de energía térmica debería citarse como energía cinética y la agitación térmica, ya que decir solo el movimiento de sus moléculas no aclara demasiado, aunque no cabe duda que se parece más a lo correcto. En lo concerniente al calor bastaría con decir que es el incremento de la energía térmica.

[ignorante]

Re: Reflexiones sobre el calor y otros conceptos relacionados

Bueno, sí, aunque hay algunos matices que podrían mejorarlas. Por ejemplo, en el concepto de energía térmica debería citarse como energía cinética y la agitación térmica, ya que decir solo el movimiento de sus moléculas no aclara demasiado

De acuerdo.

En lo concerniente al calor bastaría con decir que es el incremento de la energía térmica.

En esto no concuerdo, ya que hay casos en que la energía térmica de un sistema aumenta por trabajo, no por calor (por ejemplo en el caso de la fuerza de fricción).

[visitante20160513]

Re: Reflexiones sobre el calor y otros conceptos relacionados

Creo que no lo has entendido, ignorante, el calor es el incremento de la energía térmica, nadie ha dicho que no pueda generarse por trabajo, tan solo que es un incremento de la temperatura y por lo tanto es un incremento de la energía térmica. ¿De cuantas formas puede producirse calor? de muchas, pero todas ellas producen un incremento de la energía térmica porque son la misma cosa. En el fenómeno de la fricción, se suministra trabajo a un sistema y una parte de ese trabajo se convierte en calor, es decir se convierte en incremento de la energía térmica que conlleva un incremento de la temperatura, el resto del trabajo se consume en deformaciones mecánicas. El trabajo se convierte en calor, es decir en incremento de la energía térmica (Joule, recuerdas). El calor no es lo que produce el incremento de la energía térmica, el calor es sencillamente el incremento de la energía térmica. No existe conversión de calor en energía térmica, que creo que es tu error, pensar que el calor se convierte en energía térmica es un error.

Salu2, Jabato.

[Chusg]

Re: Reflexiones sobre el calor y otros conceptos relacionados

Yo coincido con Dexter Morgan. Quizá se pudiera pulir un poco su definición, pero creo que su idea es la correcta, que por cierto es la que viene ahora mismo en la versión inglesa de la wikipedia (que me parece mejor que la versión en español, aunque tampoco digo con esto que la wiki inglesa me parezca una fuente totalmente fiable).

Creo que también coincido más o menos con el último mensaje de "ignorante" pero no con el de Jabato. Jabato dice que calor e incremento de energía térmica son lo mismo, pero considerad el siguente ejemplo: un pistón que comprime un gas de forma adiabática (todas las paredes son perfectamente aislantes del calor). En la compresión aumenta la temperatura del gas y la energía cinética media de sus partículas (y por tanto su "energía térmica") pero no por calor, sino por trabajo. Por definición, en un proceso adiabático no hay calor. Una cosa es el significado que se dé a la palabra calor en el lenguaje coloquial y otra cosa es el significado que tiene en física.

[ignorante]

Re: Reflexiones sobre el calor y otros conceptos relacionados

El calor no es lo que produce el incremento de la energía térmica, es sencillamente el incremento de la energía térmica. No existe conversión de calor en energía térmica, que creo que es tu error, pensar que el calor se convierte en energía térmica es un error, el calor es precisamente eso, el incremento de la energía térmica.

Hola Jabato. No concuerdo con esto que dices. Chusg ha dado un buen ejemplo de por qué el calor no es solamente el incremento de energía térmica:

Un pistón que comprime un gas de forma adiabática (todas las paredes son perfectamente aislantes del calor). En la compresión aumenta la temperatura del gas y la energía cinética media de sus partículas (y por tanto su "energía térmica") pero no por calor, sino por trabajo. Por definición, en un proceso adiabático no hay calor.

Por lo tanto, el calor no puede definirse sólo como el incremento de energía térmica. El calor es energía transferida a un sistema desde otro sistema.

- - - Actualizado - - -

Hola Chusg. Tú defiendes la siguiente definición de calor propuesta por Dexter Morgan:

El calor no es una nueva forma de energía, es el nombre dado a una transferencia de energía de tipo especial en el que intervienen gran número de partículas. Se denomina calor a la energía intercambiada entre un sistema y el medio que le rodea debido a los choques entre las moléculas del sistema y el exterior al mismo y siempre que no pueda expresarse macroscópicamente como producto de fuerza por desplazamiento.

El problema que yo le encuentro a esta definición es que deja fuera la transferencia de calor por radiación. La radiación no se da por el choque entre moléculas; se puede dar incluso en el vacío.

[Chusg]

Re: Reflexiones sobre el calor y otros conceptos relacionados

El problema que yo le encuentro a esta definición es que deja fuera la transferencia de calor por radiación. La radiación no se da por el choque entre moléculas; se puede dar incluso en el vacío.

"Ignorante": ya decía yo que quizá se podía pulir la definición. Creo que al final podemos concluir que el calor es la transferencia de energía térmica que no se produce como consecuencia de hacer un trabajo. En definitiva, que estoy de acuerdo con la última definición que dabas. Es también lo que dice la wiki inglesa: "In physics, heat is energy in a transfer between a system and its surroundings, other than as work or with the transfer of matter".

De todas formas quizá si le buscamos "los cuatro pies al gato" también podríamos encontrar alguna pega a esa definición. Recomiendo la lectura de las secciones 4, 5 y 14 de este artículo:
https://en.wikipedia.org/wiki/Heat#R...ferred_as_heat

[ignorante]

Re: Reflexiones sobre el calor y otros conceptos relacionados

Hola camaradas. Como conclusión de este tema, a continuación les presento las que me parecen las definiciones más adecuadas del calor y los conceptos relacionados:

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 (agitación) de las partículas.
B) Energía química: debida a las interacciones de tipo eléctrico entre las partículas.
C) Energía nuclear: debida a las interacciones de tipo nuclear entre las partículas.
Trabajo: es la energía transferida a un sistema por medio de una fuerza actuando durante un desplazamiento a nivel macroscópico.
Calor: es la energía transferida a un sistema o a una porción de un sistema, distinta al trabajo, que le provoca un aumento de energía térmica.

Debido al intercambio de ideas con varios compañeros corregí algunas de mis ideas, lo cual agradezco. Gracias a todos por su participación.


PD. Si hay todavía algo que les parezca discutible, podemos continuar debatiendo.

[visitante20160513]

Re: Reflexiones sobre el calor y otros conceptos relacionados

Dos cuestiones:

1ª) Al respecto del ejemplo que puso chusg, sobre que ocurre en un proceso adiabático en el que se comprime un gas. Es posible que tengáis razón, pero también puede interpretarse ese caso como un proceso de conversión de trabajo en calor, es decir que el trabajo suministrado al sistema se convierte en calor, al igual que ocurre, por ejemplo, en el rozamiento. Mis conocimientos termodinámicos no alcanzan a tanto como para poder establecer cual de las dos interpretaciones es la correcta, lo que sí está claro es que al comprimir un gas de forma adiabática éste se calienta, así que hay un incremento de su temperatura, en consecuencia un incremento de su energía térmica y por lo tanto el fenómeno puede interpretarse como de producción de calor o de conversión de trabajo en calor. Lo dejo ahí.

2º) El caso de la radiación es distinto, en este caso la energía térmica se convierte en energía radiante y cuando dicha radiación choca con otro cuerpo se produce el proceso inverso, de forma que existe una transferencia de energía interna, y en consecuencia calor. Solo que en este caso hay un paso intermedio, pero a fin de cuentas es lo mismo. Se transfiere energía térmica de un cuerpo a otro. Estoy de acuerdo en que en este caso se podía analizar en forma separada pero si consideramos que el calor es la variación de energía térmica, no cabe duda de que los cuerpo que emiten (o absorben) radiación hay variación de la energía térmica y por lo tanto calor, emitido en la primera fase del proceso y absorbido en la segunda.

Parece que son los dos extremos del mismo hilo, en el primer caso hay aporte de trabajo sin aporte de calor y en el segundo caso hay aporte de calor sin aporte de trabajo. Estoy de acuerdo en que ambos casos están cogidos por lo pelos, pero lo que entiendo que ocurre es lo que expuse.

Salu2, Jabato.

[Richard R Richard]

Re: Reflexiones sobre el calor y otros conceptos relacionados

Dos cuestiones:

1ª) Al respecto del ejemplo que puso chusg, sobre que ocurre en un proceso adiabático en el que se comprime un gas. Es posible que tengáis razón, pero también puede interpretarse ese caso como un proceso de conversión de trabajo en calor, es decir que el trabajo suministrado al sistema se convierte en calor, al igual que ocurre, por ejemplo, en el rozamiento. Mis conocimientos termodinámicos no alcanzan a tanto como para poder establecer cual de las dos interpretaciones es la correcta, lo que sí está claro es que al comprimir un gas de forma adiabática éste se calienta, así que hay un incremento de su temperatura, en consecuencia un incremento de su energía térmica y por lo tanto el fenómeno puede interpretarse como de producción de calor o de conversión de trabajo en calor. Lo dejo ahí.

Sigo tu linea de pensamiento, si en el ejemplo de Chusg, el proceso es adiabatico, por definición, todo trabajo debe si o si producir variación de energia interna, si no hay ningun tipo de reacción quimica, o cambio de fase, dara si o si un aumento de temepratura. Pero si ese proceso puede usar esa energia en forma de calor, ya no sería un proceso adiabatico. Asi $W=\Delta U$

2º) El caso de la radiación es distinto, en este caso la energía térmica se convierte en energía radiante y cuando dicha radiación choca con otro cuerpo se produce el proceso inverso, de forma que existe una transferencia de energía interna, y en consecuencia calor. Solo que en este caso hay un paso intermedio, pero a fin de cuentas es lo mismo. Se transfiere energía térmica de un cuerpo a otro. Estoy de acuerdo en que en este caso se podía analizar en forma separada pero si consideramos que el calor es la variación de energía térmica, no cabe duda de que los cuerpo que emiten (o absorben) radiación hay variación de la energía térmica y por lo tanto calor, emitido en la primera fase del proceso y absorbido en la segunda.

Parece que son los dos extremos del mismo hilo, en el primer caso hay aporte de trabajo sin aporte de calor y en el segundo caso hay aporte de calor sin aporte de trabajo. Estoy de acuerdo en que ambos casos están cogidos por lo pelos, pero lo que entiendo que ocurre es lo que expuse.

En conduccion y conveccion el transporte de la energia termca es por contacto, molecula a molecula, intercambian sus energias cineticas, en radicación, se emiten fotones de determinada longitud de onda y viajan de un cuerpo al otro independientemente del medio y el trabajo del sistema es 0 y $Q=\Delta U$

[visitante20160513]

Re: Reflexiones sobre el calor y otros conceptos relacionados

Realmente el concepto de calor resulta bastante confuso porque existen procesos termodinámicos en los que parece no intervenir pero que conducen a incrementos de temperatura, como ejemplo mas reciente ya citado aquí la compresión adiabática de un gas. Bien, si eludimos utilizar dicho concepto y enunciamos el primer principio de la termodinámica tal y como se hizo más arriba resultaría que:

$\Delta U=W+\Delta {E_t}$

que aclara bastante la situación. Evitar el uso del concepto de calor en termodinámica, substituyéndolo por el de energía térmica, clarifica algo las definiciones, y además establece claramente que la conversíón de energía térmica en energía radiante se enmarca claramente en el seno de la termodinámica, porque no se puede cuestionar que los cuerpos radiantes disminuyen su energía térmica porque se enfrían, sin más. La entropía podría definirse también sin usar el concepto de calor y probablemente de una forma conceptualmente más intuitiva:

$dS=\displaystyle\frac{\delta E_t}{T}$

Salu2, Jabato.