1r ciclo duda sobre el calor

[rubenpm]

He estado mirando varios libros y en todos ellos suelen definir el calor como la energía intercambiada en virtud de una diferencia de temperatura.
Entonces mi pregunta es:

1)Por qué se dice que cuando la fuerza de rozamiento realiza trabajo sobre un cuerpo, la energía se pierde en forma de calor? si tanto el cuerpo como la superficie están a la misma temperatura, por qué es calor?

2) si la superficie realiza un trabajo negativo mediante la fuerza de fricción, por qué se dice que la energía se pierde en forma de calor? no sería en forma de trabajo? quiero decir, la superficie realiza un trabajo sobre el cuerpo, y el cuerpo a su vez realiza un trabajo sobre la superficie (el mismo pero de signo cambiado) no? por qué se usa la palabra calor???

[Ulises7]

Re: duda sobre el calor

He estado mirando varios libros y en todos ellos suelen definir el calor como la energía intercambiada en virtud de una diferencia de temperatura.
Entonces mi pregunta es:

1)Por qué se dice que cuando la fuerza de rozamiento realiza trabajo sobre un cuerpo, la energía se pierde en forma de calor? si tanto el cuerpo como la superficie están a la misma temperatura, por qué es calor?

2) si la superficie realiza un trabajo negativo mediante la fuerza de fricción, por qué se dice que la energía se pierde en forma de calor? no sería en forma de trabajo? quiero decir, la superficie realiza un trabajo sobre el cuerpo, y el cuerpo a su vez realiza un trabajo sobre la superficie (el mismo pero de signo cambiado) no? por qué se usa la palabra calor???

La definición que hasta ahora te has encontrado es la de interacción térmica. Calor transferido entre dos cuerpos porque están a diferentes temperaturas y no hay cambios en magnitudes macroscópicas (trabajo), esta definición es del campo de la termodinámica, para aclararte las dudas si estudias el calor dado por su definición en la mecánica estadística (la rama que inició Boltzmann y solidificó Gibbs con su teoría de colectividades) es más sencillo de comprender.

Te planteo el desarrollo. La energía media de un sistema es (por definición de promedio):

$\dst \left< E \right> = \sum_{r} P_r E_r$

Donde $P_r$ es la probabilidad de un cierto nivel energético $E_r$

Si diferenciamos este promedio (donde supondremos que el proceso es cuasiestático):

$\dst \dd \left< E \right> = \sum_{r} P_r \dd E_r + \sum_{r} E_r \dd P_r$

Y nos acordamos del primer principio de la Termodinámica:

$\dst \dd \left< E \right> = \delta W + \delta Q$

Los $\delta$ son para poner énfasis que el calor y trabajo no son funciones de estado y no se les puede aplicar un diferencial.

Y nos acordamos de la definición de trabajo en un sentido estadístico vemos que:

$\dst \delta W = \sum_{r} P_r \dd E_r<br />$

$\dst \delta Q = \sum_{r} E_r \dd P_r$

Es decir, el trabajo en un proceso cuasiestático corresponde a las variaciones de los niveles energéticos mientras que el calor corresponde a las variaciones de probabilidad de ocupación de esos niveles.

Si ahora analizas el caso simplificado de una partícula en una caja, sea 1,2 o 3 dimensiones. Al resolver la ecuación de Schrödinger verás que los niveles de ocupación dependen de las aristas de la caja, es decir, de su volumen. Por tanto un cambio de volumen en un proceso implicará un cambio de niveles energéticos y por tanto un trabajo, sino es más fácil verlo con la expresión en termodinámica:

$\delta W = - p_{ext} \dd V$

Si no hay variación de volumen no hay trabajo realizado.

En cambio, en un proceso pese a que no haya cambio de volumen puede producirse intercambio de energía en forma de calor porque hay un cambio en las probabilidades de ocupación, estos cambios suelen ser debidos a la temperatura donde el sistema buscará un equilibrio térmico pero también puede ser debido como es en este caso a la fuerza electromagnética que ejercen entre sí los electrones de las superfícies, esta fuerza se convierte en calor en el sentido de que no hay cambios en las variables macroscópicas del sistema (el volumen permanece fijo) pero sí en las microscópicas (aumento de la energía cinética / vibracional de los átomos de la red cristalina que se traduce en un aumento de temperatura a nivel macroscópico).


En resumen. Se explica mediante el calor en lugar de trabajo porque no hay un desplazamiento, ni cambios de volumen, ni cambios en los momentos magnéticos, etc. (cambios en las variables macroscópicas asociadas al trabajo) pero sí hay un aumento de la temperatura de los respectivos sistemas y un cambio en la probabilidad de ocupación de los niveles energéticos.