Para citar este artículo:

Nasif Nahle. 2009. Calor. Biology Cabinet Journal Online. http://www.biocab.org/Calor.html

Calor
Biól. Nasif Nahle Sabag
Director de Investigaciones Científicas-Biology Cabinet


PROPÓSITO DE ESTE ARTÍCULO

Al presente, existe excesiva confusión con respecto a los conceptos científicos sobre la física del calor, especialmente en el ámbito de la climatología. Algunos climatólogos están haciendo uso inapropiado del concepto de calor para impactar a sus lectores a favor de sus ideas personales o tendencias políticas. El uso de la frase “contenido de calor en tal o cual sistema” es tendencioso y conlleva el propósito de impactar al público en ciertos asuntos políticos, pero se desvía absolutamente del contenido científico de la expresión. Es por ello que el propósito de este artículo es dilucidar en forma breve pero muy clara los significados de calor, energía, energía interna y energía total disponible desde el punto de vista de la Física.

INTRODUCCIÓN

Definición de Calor

Calor es energía en tránsito debido a una diferencia de temperatura entre dos sistemas.

El calor siempre fluye del sistema con más alta temperatura hacia el sistema con más baja temperatura.

El calor es energía que traspasa los límites de un sistema termodinámico en un estado de alta densidad de energía cinética y que se transfiere a otro sistema en un estado de baja densidad de energía cinética. Esto equivale a decir que el calor es la energía transferida de un sistema con alta temperatura a otro sistema con baja temperatura.

Antes de ser transferida, la energía que está dentro de los límites del sistema no es calor, sino energía interna o energía total disponible.

Una vez que un sistema absorbe la energía transferida en forma de calor, esta última deja de ser calor y se transforma en energía interna del sistema, es decir, deja de ser calor porque ya no está en tránsito entre dos sistemas con diferentes temperaturas.

Para ser calor, la energía debe estar en proceso de transferencia de un sistema caliente a otro sistema menos caliente. No hay transferencia de calor desde los sistemas con baja densidad de energía cinética hacia sistemas con alta densidad de energía cinética. El flujo de los fotones del calor siempre ocurre desde un máximo hacia un mínimo, desde un estado excitado hacia otro estado menos excitado; esto constituye la segunda ley de la termodinámica.

El calor no puede ser almacenado ni contenido por algún sistema porque el calor es una función de proceso o cantidad de proceso. Otro nombre para función de proceso es magnitud de proceso.

Una función de proceso, o magnitud de proceso, es una cantidad física que describe la evolución o cambio a través del cual un sistema termodinámico pasa desde un estado de equilibrio termodinámico hasta otro estado de equilibrio termodinámico. Por ejemplo, calor y trabajo son funciones de proceso o magnitudes de proceso.

Es erróneo utilizar la expresión “calor almacenado” si no aclaramos que no es el calor (el proceso) lo que se almacena, sino la energía que se ha transferido de un sistema a otro después de cruzar la frontera del sistema receptor y ser absorbida. Lo correcto es decir “energía almacenada por transferencia de calor” o, simplemente, “energía almacenada”.

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Fecha de Publicación: ©19 de agosto de 2009 by Biology Cabinet. Actualización: Ninguna
CALOR (BIOFÍSICA)
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De acuerdo con lo explicado en el diagrama, no podemos decir “el calor contenido en los océanos” porque el calor no puede ser almacenado por los océanos o por algún otro sistema. La energía en tránsito, o calor, es absorbida por los océanos y se transforma en energía interna, pero deja de ser energía en tránsito, o sea, calor, en el momento mismo de cruzar los límites del sistema aceptor porque deja de estar en tránsito para formar parte de la energía interna de los océanos, es decir, se convierte en energía cinética, energía potencial gravitacional, energía química o energía nuclear.

La energía cinética no es calor ni el calor es energía cinética.

La energía emitida o liberada por un sistema, tan pronto cruza los límites hacia afuera del sistema, se transforma en calor, es decir, en energía en tránsito.

Recuerde que las magnitudes de proceso, o funciones de proceso, no pueden ser almacenadas o contenidas debido a que solamente describen la trayectoria por la cual un sistema adquirió un estado de equilibrio. Una función de proceso o magnitud de proceso no es lo mismo que una función de estado.

Una función de estado es una propiedad de un sistema termodinámico que sólo depende del estado actual del sistema. La energía interna, o energía almacenada, es una función de estado.

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ENERGÍA TÉRMICA

Energía térmica es un término especializado que se refiere a la parte de la energía interna de un sistema relacionada con el total de energía cinética presente debida a los movimientos aleatorios de átomos y moléculas.

Energía térmica es, pues, la energía cinética o movimiento que un sistema posee. La fuente principal de energía térmica para el sistema solar es el Sol. La energía térmica proveniente del Sol es necesaria para la vida en la Tierra. Sin la energía térmica solar, la vida no existiría en este planeta.

La energía térmica que cruza la frontera del Sol y viaja por el espacio exterior es energía en tránsito, por lo cual ya no es más energía cinética, sino calor. En cuanto esa energía de transferencia es absorbida por la Tierra deja de ser calor y se convierte nuevamente en energía térmica, la cual formaría parte de la energía interna total del sistema.

Por ejemplo, las reacciones termonucleares ocurriendo en el Sol generan energía térmica (energía cinética de partículas) que es emitida por el sol hacia el espacio sideral. Tan pronto como la energía térmica sobrepasa los límites del Sol, esa energía solar ya no es más energía térmica, sino calor. Cuando el calor arriba a un sistema con baja densidad de energía, la energía transferida en forma de calor se convierte en energía térmica; específicamente, energía cinética molecular del sistema que absorbió la energía transferida.

La diferencia entre energía térmica y calor es que la energía térmica no está siendo transferida, sino que permanece como parte de la energía interna del sistema; en cambio, el calor es energía en transferencia, esto es, energía que se traslada de un sistema caliente hacia otro sistema frío. En pocas palabras, la energía térmica está dentro del sistema, en tanto que el calor está fuera del sistema.

La energía térmica continuamente se convierte en energía gravitacional. Por ejemplo, cuando levantamos un objeto en reposo desde el suelo hasta cierta altura, la energía térmica de nuestro cuerpo es transferida al objeto levantado. A medida que levantamos el objeto, nuestra energía térmica se almacena como energía gravitacional en el campo gravitacional del objeto. Allí, la energía permanecerá hasta que el objeto adquiera movimiento y esa energía gravitacional sea convertida en energía cinética.

Luego pues, la energía térmica en el campo gravitacional siempre es negativa, y por lo tanto, el campo gravitacional constituye un depósito permanente de energía térmica. (Guth. 1999. Páginas 335-339)

Las unidades de la energía térmica son Watts*segundo, Joules o calorías. Note usted la diferencia entre las unidades de calor (W, J/s, calorías/s) y las unidades de energía térmica (W*s, J, calorías).

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BIBLIOGRAFÍA

Guth, Alan H. The Inflationary Universe: The Quest for a New Theory of Cosmic Origins. Perseus Books Group, 1999, New York, New York. Pp. 29-31.

Van Ness, Hendrick C. Understanding Thermodynamics, PAGE 17.

Thomas Engel and Philip Reid. Thermodynamics, Statistical, Thermodynamics & Kinetics. 2006. Pearson Education, Inc. PAGE 16.

Potter, Merle C. and Somerton, Craig W. Thermodynamics for Engineers. Mc Graw-Hill. 1993. PAGE 40.

http://chemistry.about.com/od/chemistryglossary/a/heatdef.htm

http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/HBASE/thermo/heat.html#c1

Pitts, Donald and Sissom, Leighton. Heat Transfer. 1998. McGraw-Hill.

Sutton, David B., Harmon, N. Paul. Ecology: Selected Concepts. 2000. John Wiley & Sons, Inc. New York.

Wilson, Jerry D. College Physics-2nd Edition; Prentice Hall Inc. 1994.

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