Deja un café recién colado sobre la mesa de la cocina y, al rato, está tan frío como el ambiente. Mezcla agua de la ducha con calentador eléctrico con agua fría para que quede templada. En ambos casos la energía viaja del cuerpo más caliente al más frío hasta que las temperaturas se igualan. En esta página aprenderá a medir y a comparar temperaturas en distintas escalas y a explicar por qué se detiene ese intercambio.
Qué mide la temperatura
Un cubito de hielo le enfría los dedos y un caldo hirviendo le quema: en el caldo las partículas se mueven con violencia y en el hielo apenas vibran. ¿Qué magnitud mide ese nivel de agitación microscópica?
Cuando la energía que se transfiere a un sistema aumenta la agitación de sus partículas, sube la temperatura. Si la energía se invierte en separar las partículas, lo que cambia es el estado de agregación: el hielo se funde, el agua hierve. Mientras dura el cambio de estado la temperatura se mantiene (aquí solo lo vemos de forma cualitativa).
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Un hervidor eléctrico calienta el agua desde los $20\ \celsius$ de la pila hasta los $70\ \celsius$ que necesita la abuela para su té. Calcule la variación de…
Un hervidor eléctrico calienta el agua desde los $20\ \celsius$ de la pila hasta los $70\ \celsius$ que necesita la abuela para su té. Calcule la variación de temperatura $\Delta T$ del agua.
La receta de un pan importado dice «hornear a 350 °F», pero el horno de su casa en Heredia marca grados Celsius. ¿A cuántos °C equivale?
La razón del 32 y del 1,8 es que las escalas eligieron puntos de partida y tamaños de grado distintos: el agua se congela a 0 °C o a 32 °F, y hierve a 100 °C o a 212 °F. Entre esos dos puntos hay 100 grados Celsius, pero 180 grados Fahrenheit.
El calor fluye de lo caliente a lo frío: equilibrio térmico
Si mete un refresco tibio en una hielera con agua y hielo, tras un rato el refresco y el agua están a la misma temperatura y el refresco deja de enfriarse. ¿Por qué se detiene la transferencia si siguen en contacto?
Es una tendencia general: los sistemas evolucionan hacia estados más estables, con la energía distribuida de forma más uniforme. Los objetos más calientes que su entorno se enfrían, y los más fríos se calientan. A escala planetaria ocurre algo parecido: el efecto invernadero contribuye al equilibrio térmico de la Tierra, porque la atmósfera retiene parte de la energía que llega del Sol y mantiene la temperatura del planeta estable.
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Deja un café a $80\ \celsius$ sobre la mesa de una cocina que está a $20\ \celsius$, como se muestra en la figura. a) ¿En qué sentido fluye el calor: del café al aire o…
Deja un café a $80\ \celsius$ sobre la mesa de una cocina que está a $20\ \celsius$, como se muestra en la figura.
a) ¿En qué sentido fluye el calor: del café al aire o del aire al café?
b) ¿Hacia qué temperatura tiende el café si lo deja mucho tiempo?
Valeria deja la cuchara dentro de la olla de sopa caliente mientras pone la mesa. Cuando vuelve, la cuchara está tan caliente como la sopa. a) Explique con sus palabras…
Valeria deja la cuchara dentro de la olla de sopa caliente mientras pone la mesa. Cuando vuelve, la cuchara está tan caliente como la sopa.
a) Explique con sus palabras qué es el equilibrio térmico usando este ejemplo.
b) Cuando dos cuerpos están en equilibrio térmico, ¿sigue pasando calor de uno a otro?
En la fórmula, $Q$ es el calor (joules, J), $m$ la masa (kg), $c$ el calor específico (J/(kg·°C)) y $\Delta T$ la variación de temperatura (°C o K). Si necesita otra magnitud, despeje: $m = \dfrac{Q}{c\,\Delta T}$ y $\Delta T = \dfrac{Q}{m\,c}$.
¿Por qué es proporcional a $m$ y a $\Delta T$? Con el doble de masa hay el doble de partículas que agitar, y con el doble de $\Delta T$ cada una debe ganar el doble de agitación. El valor de $c$ depende de la sustancia y de cómo interactúan sus partículas.
Un ejemplo con aceite y agua: con $41.800\ \text{J}$ a $1\ \text{kg}$ de cada uno, el agua sube $41.800/4.180 = 10\ ^\circ\text{C}$ y el aceite $41.800/2.000 = 20{,}9\ ^\circ\text{C}$.
Mezclas: el calor cedido es igual al calor ganado
Prepara un baño: echa baldes de agua a 70 °C en una tina con agua fría a 18 °C y el agua se va templando. ¿Cómo calculamos la temperatura final?
Esto es la conservación de la energía: el sistema formado por los dos cuerpos está aislado y su energía total no cambia; solo se redistribuye. Si es la misma sustancia, $c$ aparece en ambos lados y se simplifica.
Problemas de mezclas
Cuando las masas son litros de agua, puede trabajar directamente en litros, porque la proporción es la que importa y $1\ \text{L} = 1\ \text{kg}$.
Vuelva al principio: el café termina a la temperatura de la cocina porque cede energía al aire hasta alcanzar el equilibrio térmico; y el agua caliente y la fría de la ducha llegan a una temperatura intermedia, que como ampliación se calcula con $Q_{\text{cedido}} = Q_{\text{ganado}}$ según la cantidad de cada una.
Resumen
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