Dentro de la termodinámica existen dos conceptos imprescindibles para su entendimiento, puesto que ambos constituyen su objeto de estudio: la energía y el calor, los cuales aunque parecidos, no son iguales...veremos:
☼Energía☼
☼Energía☼
Cuando se habla de energía, se indica la capacidad de realizar trabajo, es decir, de ejercer una fuerza a lo largo de una distancia (Ejem. un automóvil). Químicamente, se considera que "el trabajo es el cambio de energía que resulta de un proceso químico" (Chang, 2003). el autor indica, que para nosotros (o sea, en química), no todas las formas de energía son importantes; las que sí son, serían: energía cinética, potencial, radiante, química y térmica.
La primera, la energía cinética, es aquella de un objeto en movimiento (de gran interés para la química, puesto que la misma permite o no el desplazamiento y posibles choques efectivos de los reactivos para formar productos).
Potencial, es la energía disponible en el sistema u objeto en función de su posición. Una solución 0,1 Molar de ácido clorhídrico tiene menor energía potencial que otra de 1 Molar, ya que existen más moléculas en esta última, que en caso de una reacción, producirían mayores posibilidades de choque y velocidad en ellas.
Radiante, energía proveniente de los rayos solares, la cual produce la gran mayoría de las reacciones que se suscitan en la naturaleza.
Química, es la energía que se almacena dentro de las sustancias, en sus enlaces, átomos, electrones, núcleo; cuando ocurre una reacción esta energía se libera, almacena o transforma.
Térmica, energía asociada al movimiento y cantidad de las partículas, ya sean átomos o moléculas (sustancias o compuestos), siendo proporcional a la temperatura del sistema: mientras más movimiento tengan las partículas, mayor temperatura tendrá y por ende, mayor será la energía térmica. Es importante aclarar, que la cantidad (concentración) de las partículas influye mucho, como dice Petrucci: una taza de café hirviendo tiene menos energía térmica que una piscina tibia a 30 ºC.
Todos los tipos de energía pueden transformarse en otro: cuando estamos sentados tenemos energía potencial apenas nos levantamos a caminar se vuelve cinética y al respirar liberamos CO2 y calor.
Ahora observa este video explicativo sobre los tipos de energía física que existen:
Blogactividad 1: Luego de haber visto el video, indica de los tipos de energía que allí aparecen, aquellas que también son necesarias para la química.
☼Calor☼
☼Calor☼
El calor, por su parte, es la energía que se intercambia entre el sistema y el exterior o alrededores, dando como resultado una diferencia de temperatura. La energía calorífica, pasa siempre de un material más caliente (mayor temperatura) a otro más frío (menor temperatura) hasta que en ambos materiales la temperatura se iguala, es decir, uno se enfría y otro se calienta, siendo la diferencia entre ellos igual a cero. El calor se representa con la letra "q".
Observa el siguiente esquema sobre la determinación del calor específico de un elemento puro, en este caso, del plomo:
A continuación se indica un video con ejemplos sobre las formas de transmisión o intercambio de calor:
De acuerdo al video, podemos encontrar tres formas en que la energía calórica se puede propagar, la cual depende del estado físico del material y de la forma que resulte más eficiente dicha transferencia. Puede ocurrir por:
Aulactividad 2: ¿Cuál forma de transferencia de calor te parece más importante? Explica tu respuesta.
Observa el siguiente esquema sobre la determinación del calor específico de un elemento puro, en este caso, del plomo:
Aulactividad 1: Dibuja en tu cuaderno, una forma de hacer este experimento utilizando materiales caseros.
A continuación se indica un video con ejemplos sobre las formas de transmisión o intercambio de calor:
- Conducción entre cuerpo sólidos (por contacto)
- Convección en fluidos (líquidos o gases)
- Radiación a través del medio en que la radiación pueda propagarse.
Según el portal Teleinfomática, La conducción: es el transporte de calor a través de una sustancia y tiene lugar cuando se ponen en contacto dos objetos a diferentes temperaturas hasta alcanzar el equilibrio térmico, debido a las colisiones de las moléculas. En la superficie de contacto de los dos objetos las moléculas del objeto que tiene mayor temperatura, se mueven más deprisa, colisionan con las del objeto que está a menor temperatura, que se mueven más despacio. A medida que chocan, las moléculas rápidas ceden parte de su energía a las más lentas. Estas a su vez colisionan con otras moléculas cercanas. Este proceso continúa hasta que la energía se extiende a todas las moléculas del objeto que estaba inicialmente a menor temperatura. Finalmente alcanzan todas la misma energía cinética y en consecuencia la misma temperatura.
En ese sentido, Los sólidos son mejores conductores que los líquidos y éstos mejor que los gases. Los metales son muy buenos conductores del calor, mientras que el aire es un mal conductor, de ahí que se utilicen ollas de metales para cocinar.
(http://teleformacion.edu.aytolacoruna.es/FISICA/document/fisicaInteractiva/Calor/Transmision.htm)
Blogactividad 2: A continuación se le presentan una serie de ejemplos sobre formas de transferencia del calor. Indique a qué tipo corresponden.
En ese sentido, Los sólidos son mejores conductores que los líquidos y éstos mejor que los gases. Los metales son muy buenos conductores del calor, mientras que el aire es un mal conductor, de ahí que se utilicen ollas de metales para cocinar.
(http://teleformacion.edu.aytolacoruna.es/FISICA/document/fisicaInteractiva/Calor/Transmision.htm)
Convección, se denomina al transporte de calor donde, además de transmitirse a través del material (conducción), puede ser "transportado" por el propio movimiento del fluido. Si el movimiento del fluido se produce de forma natural, por la diferencia de temperaturas (aire caliente sube, aire frío baja), la convección es natural, y si el movimiento lo produce algún otro fenómeno (ventilador, viento), la convección es forzada. Este último mecanismo es mucho más eficaz a la hora de transmitir el calor. De ahí, que los mecanismos de refrigeración de un vehículo cuenten con ventiladores, cuando la temperatura externa es elevada y el vehículo está parado a causa del tráfico.
(tomado de http://www.solarpedia.es/index.php/Formas_de_transmisi%C3%B3n_del_calor)
En cuanto a la radiación, Todos los cuerpos, cualquiera sea su temperatura, emiten energía en forma continua desde sus superficies. Esta energía se denomina energía radiante y es transportada por ondas electromagnéticas, por este motivo, la energía radiante puede transmitirse aún en el vacío. La emisión continua de energía radiante por un cuerpo se denomina radiación.
En cuanto a la radiación, Todos los cuerpos, cualquiera sea su temperatura, emiten energía en forma continua desde sus superficies. Esta energía se denomina energía radiante y es transportada por ondas electromagnéticas, por este motivo, la energía radiante puede transmitirse aún en el vacío. La emisión continua de energía radiante por un cuerpo se denomina radiación.
Como consecuencia de este fenómeno, dos cuerpos colocados en el vacío que están a diferentes temperaturas alcanzan el equilibrio térmico debido a que el de menor temperatura recibe energía radiante del otro cuerpo de mayor temperatura. Cuando la energía radiante es absorbida por un cuerpo, se transforma en calor; no obstante la energía radiante también puede ser reflejada (difundida) o refractada (propagada) por los cuerpos.
- Por ejemplo, cuando calentamos una olla con agua, se pueden apreciar todas las formas de calor explicadas:
Blogactividad 2: A continuación se le presentan una serie de ejemplos sobre formas de transferencia del calor. Indique a qué tipo corresponden.
Aulactividad 2: ¿Cuál forma de transferencia de calor te parece más importante? Explica tu respuesta.
