Las partículas que forman la materia están siempre en movimiento, y la temperatura mide lo agitado que es ese movimiento.
Si se ponen en contacto agua caliente y agua fría, el calor pasa de la caliente a la fría hasta que las dos alcanzan la misma temperatura; entonces deja de pasar. A ese estado se le llama equilibrio térmico.
El calor que gana o pierde un cuerpo se calcula con Q = cmΔT, y al llegar al equilibrio el calor perdido por el agua caliente es igual al ganado por el agua fría.
El primer dibujo muestra lo deprisa que se mueven las partículas según la temperatura, y el segundo sigue paso a paso cómo el agua a 90 °C y a 20 °C llega al equilibrio.
Temperatura y movimiento de las partículas
🔥 Cuanto más caliente, más agitación
①Toda la materia está hecha de partículas demasiado pequeñas para verlas
②Esas partículas no dejan de moverse nunca
③Cuanto más alta es la temperatura, más deprisa se mueven, y la temperatura mide lo agitado que es ese movimiento
④El dibujo exagera la diferencia para que se vea; en realidad la rapidez media de las moléculas de agua solo cambia un 17 % entre 0 °C y 100 °C
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Partículas en una caja que se mueven con distinta rapidez según la temperatura
50°C
El paso del calor y el equilibrio térmico
↔️ El calor va de lo caliente a lo frío
①Si se ponen en contacto agua caliente y agua fría
②el calor pasa de la más caliente a la más fría, de modo que la caliente se enfría y la fría se calienta
③El calor pasa deprisa mientras la diferencia de temperatura es grande y más despacio a medida que se reduce
④Cuando las dos tienen la misma temperatura ya no pasa más calor: es el equilibrio térmico
⑤Las dos porciones de agua del dibujo tienen la misma masa, así que se encuentran a mitad de camino entre 90 °C y 20 °C, en 55 °C
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Agua a 90 °C y agua a 20 °C en contacto, intercambiando calor hasta el equilibrio a 55 °C
0 pasos
Cantidad de calor
🌡️ Qué es la cantidad de calor
①La cantidad de calor es el calor que gana o pierde un cuerpo
②Se mide en cal (calorías) o en J (julios)
③1 cal es el calor necesario para subir 1 °C la temperatura de 1 g de agua
④1 cal equivale a unos 4,2 J
Fórmula del calor
Q = cmΔT
calor = calor específico × masa × cambio de temperatura
Resumen
Cantidad de calor
Q = mcΔt
Q (calor, cal) = c (calor específico, cal/(g·°C)) × m (masa, g) × ΔT (cambio de temperatura, °C)
Condición de equilibrio térmico
Qperdido = Qganado
Si no se escapa calor a otra parte, el calor que pierde el cuerpo caliente es igual al que gana el frío
Cambio de unidades
1 cal ≈ 4,2 J
Relación entre calorías y julios
🎯 Lo que suele preguntarse
①La temperatura mide lo agitado que es el movimiento de las partículas
②El calor pasa del cuerpo más caliente al más frío
③El equilibrio térmico se alcanza cuando los dos cuerpos tienen la misma temperatura y ya no pasa calor
④Q = cmΔT; cuanto mayor es el calor específico, menos cambia la temperatura con el mismo calor
⑤El calor específico del agua es 1 cal/(g·°C), mayor que el de la mayoría de las sustancias
Ejemplos y evaluación de la unidad
Ejemplo 1
¿Cuántas calorías hacen falta para calentar 100 g de agua de 20 °C a 30 °C? (El calor específico del agua es 1 cal/(g·°C).)
1
El calor se calcula con Q = calor específico (c) × masa (m) × cambio de temperatura (ΔT).
2
Q = 1 cal/(g·°C) × 100 g × (30 − 20) °C = 1000 cal.
▸ 1000 cal
Con 100 g de hierro, cuyo calor específico es más o menos la décima parte del del agua, bastarían unas 100 cal para subir esos mismos 10 °C. Cuanto mayor es el calor específico, más calor cuesta calentar algo.
Ejemplo 2
Se dejaron en contacto agua caliente y agua fría, y al cabo de un rato sus temperaturas se igualaron. ¿En qué sentido pasó el calor y cómo se llama el estado final?
1
El calor siempre pasa del cuerpo más caliente al más frío.
2
El estado en que los dos cuerpos tienen la misma temperatura y ya no pasa calor se llama equilibrio térmico.
▸ El calor pasó del agua caliente a la fría, y el estado final es el equilibrio térmico
Como en el dibujo de arriba, las temperaturas se acercan deprisa al principio y cada vez más despacio a medida que la diferencia se reduce. En el equilibrio, el calor que pierde el agua caliente es igual al que gana la fría.
Evaluación de unidad
¿Cuál afirmación sobre la energía térmica y el equilibrio térmico es correcta?
①El calor se mueve por sí solo de frío a caliente
②Cuanto mayor es la temperatura, más lento se mueven las partículas
③En el equilibrio térmico los dos objetos tienen la misma temperatura
④La unidad de calor es el °C
⑤Cuanto mayor es el calor específico, más rápido cambia la temperatura
▸ ③ En el equilibrio térmico los dos objetos tienen la misma temperatura
1
El calor se mueve de caliente a frío (① falso), y cuanto mayor es la temperatura, más rápido se mueven las partículas (② falso).
2
La unidad de calor es la caloría o el julio (④ falso), y cuanto mayor es el calor específico, más despacio cambia la temperatura (⑤ falso); en el equilibrio térmico los dos objetos tienen la misma temperatura (③ correcto).