Sigue a educarchile en

Cantidad de usuarios online 1.500.000

Recursos educativos interactivos

compartir

Ficha temática

Energía calórica

Te invitamos a revisar este recurso educativo que trata acerca de la energía calórica. Contiene ilustraciones que te ayudarán a entender las definiciones.

Energía calórica

Trabajo mecánico y equivalente de calor. Sabemos que un sistema físico posee energía cuando tiene la capacidad de producir cambios o bien realizar un trabajo mecánico; es decir, cuando de alguna manera puede aplicar una fuerza sobre algo y desplazarlo. El trabajo, que designamos por T, como recordarás se define como:

T = Fd           [7]

En esta expresión, F es la fuerza aplicada (en la dirección del desplazamiento) y d el desplazamiento experimentado (ver figura 25). La unidad de trabajo en el Sistema Internacional de unidades (S.I.) es newton ´ metro, que se denomina joule (J). 

Figura veinticinco

Podemos ver, también, que agua hirviendo en una tetera posee energía por cuanto el vapor que sale de ella puede hacer girar, por ejemplo, una rueda de paletas. Un gas encerrado en un cilindro que posea un émbolo será capaz de desplazarlo si se lo calienta (Ver figura 26). Este es el principio básico bajo el cual funciona la máquina a vapor y el motor de combustión de un automóvil. 

Figura veintiseis

Ahora bien, ¿por qué tiene sentido decir que eso que denominamos calor, medimos en calorías y designamos por Q, es energía?

El equivalente mecánico del calor. Según cuenta la historia, fue Benjamín Thompson, más conocido como conde de Rumford, quien se diera cuenta de que la teoría del calórico estaba equivocada. Al taladrar cañones para el ejército observó que se producía calor en forma inagotable y ello no era consistente con la idea de que los cuerpos poseyeran una cierta cantidad de una sustancia llamada calórico. Más bien ese calor se originaba a partir del movimiento del taladro y el roce que se produce entre la broca y el material perforado. Sin embargo, fue otro inglés, James Prescot Joule, quien medio siglo después abordó el tema desde un punto de vista cuantitativo. Probablemente Joule pensó así: si cierta cantidad de agua se encuentra encerrada en un recipiente del cual el calor no pueda escapar (por ejemplo un termo), la energía mecánica que se ocupa al agitarla debe estar relacionada con el aumento de temperatura que debe experimentar el agua. Durante años diseñó un experimento que le permitiera medir y relacionar las dos cantidades involucradas: la energía mecánica (E) y el calor (Q). La figura 27 esquematiza el experimento. Al soltar la masa M, esta desciende haciendo girar una rueda de paletas que agita el agua. Como la energía mecánica inicial del “peso” es: Mgh, si v es la rapidez con que llega al suelo, tendremos que la energía mecánica disipada es:

E = Mgh Formula treinta y dos ,           [8]

cantidad medible, y que debe ser proporcional al calor que gana el agua. Si m es la masa de agua, c su calor específico y DT el aumento de temperatura que registra el termómetro, este calor debe ser:

Q = cmDT,           [9]

cantidad también medible. 

Figura veintisiete

Ahora bien, si no hay disipación de energía mecánica por efectos de roce en las poleas, ni pérdidas de calor en el agua por mal aislamiento térmico en el recipiente, las expresiones [8] y [9] deben ser iguales, pero como las medimos en diferentes unidades (joules y calorías respectivamente), debe existir entre ellas una equivalencia.

La relación encontrada por Joule después de múltiples mediciones, le permiten concluir que 1 caloría es equivalente a lo que luego serían 4,18 joules. A esta importante relación  se le denomina equivalente mecánico del calor. El calor no es otra cosa que energía que se transfiere de un cuerpo a otro.

Roce y calor. También hemos observado que la fricción está asociada a un aumento de temperatura; por ejemplo, al lijar madera, al cortar un metal con una sierra o simplemente al frotamos las manos cuando tenemos frío, apreciamos que la energía del movimiento se traduce en un aumento de temperatura. Cabe preguntarse entonces: ¿de dónde proviene el calor que llega a nuestras manos?

Las estrellas fugaces o meteoros suelen ser rocas que viniendo del espacio penetran en nuestra atmósfera. El roce con ella suele ser lo suficientemente grande como para aumentar su temperatura hasta fundirlas. Este es el origen de la luz que se produce cuando las personas dicen “vi caer una estrella”.

Si en un mismo lugar doblamos sucesivamente un alambre galvanizado notaremos que en esa zona la temperatura aumenta y, si insistimos, probablemente el alambre termine cortándose. Realiza el experimento y responde: ¿por qué ocurren estos efectos?

Conservación de la energía. Imaginemos que estamos en una pieza donde la temperatura es un poco baja y la queremos calentar. Para ello podemos encender algún artefacto que nos entregue calor, como una estufa eléctrica o a gas, por ejemplo. Cualquiera de estos artefactos requiere una fuente energética para funcionar, ninguno de ellos es autosuficiente. Por ejemplo, en el caso de una estufa eléctrica debemos conectarla a la red eléctrica de la habitación para encenderla. ¿Qué es la corriente, sino una transferencia de energía? ¿De dónde proviene esta energía eléctrica? Es posible que provenga de una central hidroeléctrica distante que transforma la energía potencial (E = mgh) del agua de un embalse en energía eléctrica, a través del movimiento de grandes turbinas generadoras. Esto significa que la energía que necesitamos para calentar nuestra pieza es equivalente a la energía de una masa de agua ubicada a una altura determinada (por esta razón la mayor parte de las centrales hidroeléctricas están ubicadas en las zonas cordilleranas de nuestro país). Por otra parte, si nuestra estufa es a gas, el proceso será algo distinto, pues el gas que se utiliza como combustible reacciona con el fuego debido a su composición química, determinada por las propiedades moleculares y atómicas que lo conforman. En cualquier caso, lo que observamos es un proceso de transformación de ‘algo’ que llamamos energía y que permite (produce) el movimiento, o la calefacción, o la vida.

En el motor de un automóvil una chispa enciende el gas del petróleo provocando una explosión, que a su vez produce el movimiento de piezas mecánicas llamadas pistones, los cuales transmiten el movimiento a través de engranajes hasta llegar a las ruedas y convertir la energía química del petróleo en energía cinética o de movimiento.

El ciclo del agua es uno de los mejores ejemplos de transformación de energía. El agua en los mares es evaporada por la energía calórica que entrega el sol, una vez evaporada sube y viaja en forma de vapor de agua (nubes) hasta precipitar en tierra, nutriendo a todos los seres vivos. 

Figura veintiocho



En conclusión: la energía no se gana ni se pierde, solo se transforma.

 

ENERGÍA CALÓRICA

Ir a la Actividad

Energía calórica

Este núcleo temático está orientado a establecer relaciones concretas entre la energía mecánica y el calor. Tradicionalmente el estudiante suele estudiar las diferentes formas de energía de manera aislada, como si tratara de diferentes fenómenos. Es así como no relaciona de inmediato al calor con la energía mecánica y viceversa.

Consecuentemente con lo anterior, para el tratamiento de este núcleo conceptual se sugiere realizar una síntesis sobre el concepto de energía, destacando que todas las formas o manifestaciones de la energía son equivalentes entre si, ilustrando al mismo tiempo con ejemplos donde se observe transformación de una forma de energía a otra, como por ejemplo:

imagen

 

Luego de la discusión, es posible ilustrar el experimento de Joule respecto del equivalente mecánico del calor, mediante el siguiente recurso disponible en Internet:

http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/estadistica/otros/joule/joule.htm

A partir del equivalente mecánico del calor, y considerando los fenómenos de degradación de energía debido al roce, es conveniente desarrollar nuevamente la idea de conservación de la energía en situaciones con roce. En efecto, es importante destacar con los estudiantes que aunque haya roce, la energía siempre se conserva, ya que lo que varía es la energía mecánica, que es una de las tantas manifestaciones de la energía.

Cuando en un sistema hay roce, la energía mecánica faltante, no se aniquila, sólo se transforma en calor que es disipado al ambiente.

imagen

Información

Técnica

Descripción BreveTe invitamos a revisar este recurso educativo que trata acerca de la energía calórica. Contiene ilustraciones que te ayudarán a entender las definiciones.
Temas relacionados>>Objeto de Aprendizaje Interactivo:¿Cómo se transforma la energía?
IdiomaEspañol (ES)
Autoreducarchile
Fuenteeducarchile

Queremos tu

Opinión