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Evolución del concepto calor y su relación con el concepto energía

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Joaquín Jiménez

on 28 May 2013

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Transcript of Evolución del concepto calor y su relación con el concepto energía

¿Cómo definimos calor hoy en día? El experimento de Joule ¿En que consistía? Se dejaba caer desde cierta altura, un cuerpo de peso conocido, atado a una cuerda, de manera que mientras caía accionara un sistema de paletas, el cual comenzaba a rotar y agitaba el agua contenida en un recipiente aislado térmicamente. Debido a la fricción entre las paletas y el agua, el peso caía prácticamente con velocidad constante, por ende su energía cinética no variaba. Por lo tanto, la energía potencial perdida por el peso que se dejaba caer se transformaba íntegramente en el trabajo que realizaban las paletas, y luego en energía interna del agua, debido a la fricción que se generaba en ella por el movimiento de las paletas. De este modo, el agua sufría un aumento de su temperatura que era medido por un termómetro adaptado al aparato.
Conociendo el valor del peso y la altura con que este caía, Joule pudo calcular la energía potencial perdida por el cuerpo. Por otra parte, conociendo el valor de la masa de agua en el recipiente, y midiendo el aumento de su temperatura, pudo calcular la cantidad de energía térmica transferida al agua (∆Q=mc∆t). Comparando estos valores, Joule logró establecer la relación buscada, es decir, cuántas unidades de energía mecánica equivalen una unidad de calor. El calor "Evolución del concepto calor y su relación con el concepto energía" "Podemos definir calor como una forma de energía que se transfiere entre diferentes cuerpos o diferentes zonas de un mismo cuerpo que se encuentran a diferentes temperaturas" (1)
En la termodinámica se define al calor simplemente como una transferencia de energía. ¿Cómo nace el concepto de calor que tenemos hoy en día? El flogisto y la teoría del calórico Un ejemplo: Esta teoría tenía un gran apoyo, pero... La idea de que el calor es energía fue presentada por el científico norteamericano Benjamin Thompson, quien en 1798 trabajaba en una fábrica de tubos de cañón. Al observar el calentamiento que sufrían las piezas de acero al ser perforadas, lo llevó a pensar que este se producía por la fricción que se producía durante el barrenado.
Por lo tanto la energía empleada en la realización de dicho trabajo era transmitida a las piezas, produciendo el aumento de la temperatura. Si el calórico no se crea ni se destruye, ¿de dónde proviene el calor que se produce por la fricción? Concluyó que la fuente de calor por fricción era inagotable y que cualquier cosa que un cuerpo o sistema de cuerpos aislado pueda suministrar ilimitadamente, difícilmente sea algo material.

El otro problema sobre la teoría del calórico era la masa nula del calórico. Esta idea no tenía sentido ya que si el calórico era una sustancia, por lo tanto es materia, y si es materia entonces posee una cierta masa. Si el calórico no poseía masa entonces no era materia. La teoría del flogisto, planteada por el químico alemán Georg Stahl, proponía una sustancia hipotética, llamada flogisto, que existía en todos los cuerpos combustibles y que tenía la capacidad de traspasarse de un cuerpo a otro.
Esta teoría fue rechazada por el químico Antoine Lavoisier, ya que después de haber realizado experimentos con distintos metales, encontró que el residuo después de la calcinación de uno de ellos, tenía mayor peso que el metal al inicio. Con esto Lavoisier comenzó a desarrollar su propia teoría sobre el calor. Él propuso que todos los cuerpos contenían una sustancia llamada calórico que tenía las siguientes características:
"1. Es un fluido elástico, cuyas partículas se repelen entre sí.
2.Las partículas de calóricos son atraídas por la materia ordinaria con una intensidad diferente para sustancias distintas y para estados de agregación diferentes.
3.El calórico es ingenerable e indestructible
4.El calórico puede ser sensible o latente
5.El calórico parece no tener peso apreciable." (2) Modelo del calor como energía Modelo del calor como sustancia Propone al calor como una forma de energía en transición. Propone el calor como un fluido (calórico). La transferencia de calor hacia un cuerpo genera un aumento en la energía de sus átomos y partículas. Por lo tanto un cuerpo no “tiene calor” Los cuerpos con mayor temperatura traspasaban su calórico a los de menor temperatura. El aumento de energía interna (átomos y moléculas) de un cuerpo puede ser generado por un trabajo y viceversa. El calórico es una sustancia ingenerable e indestructible. La temperatura depende del movimiento molecular en un cuerpo. La temperatura depende de la cantidad de calórico de un cuerpo. El aporte de la teoría cinético molecular de los gases Esta teoría resumidamente consiste en:
-que los gases están formados por pequeñas moléculas, con un gran espacio entre sí.
-que no tienen atracción alguna entre ellas.
-que se encuentran en constante movimiento y de forma desordenada, de modo que chocan constantemente entre sí y con las paredes del recipiente que las contiene.
-que estos choques son elásticos con lo que no hay ganancia ni pérdida de energía cinética.
-que la energía cinética de las moléculas es directamente proporcional a la temperatura.

Por lo tanto se podía explicar el concepto de energía interna de los cuerpos, ya que si la temperatura era directamente proporcional a la temperatura, entonces al aplicar temperatura las partículas del gas aumentarían su velocidad y en consecuencia su energía cinética. Si ese cuerpo se ponía en contacto con otro de menor temperatura, habría una transferencia de energía del primero al segundo, energía a la que llamamos calor. ¿Por qué es importante este experimento? Este experimento confirmó las suposiciones de Benjamin Thompson sobre la relación entre trabajo y calor, y demostró en la práctica que el calor es una forma de energía. Se deja una cuchara dentro de una taza de café caliente. Cuando la persona va sacar la cuchara de la taza, la persona se quema los dedos. Esto, según la teoría del calórico se explicaría como la transferencia del cuerpo de mayor temperatura, o sea de mayor calórico, en este caso el café, hacia el de menor temperatura, en este caso la cuchara. En síntesis Calor Teoría del calórico Teoría del flogisto Calor como fluido v/s calor como energía Se explicó durante mucho tiempo por la Que reemplazaba a la Que lo proponía como una Masa nula Sustancia fluida Materia De Lo cual era incompatible con el concepto de Pero fue rechazada por Benjamin Thompson Calor y trabajo Estrechamente relacionados Al proponer que Estaban Y que en realidad no existía el Joule 1cal = 4.18J Calórico Energía interna Energía o aumento de temperatura Trabajo transmitido Sino que existía una Ya que al observar la fricción sobre un cañón, concluyó que el Se convertía en Lo cual fue demostrado por Que estableció la relación Presente en todos los Cuerpos Indestructible Teoría cinético-molecular de los gases Ingenerable e Lo cuál se demostraba con la Bibliografía www.wikipedia.org (1)
www.profesorenlinea.cl
www.electricalfacts.com
quetraman.com
recuerdosdepandora.com
"Historia de la ciencia Vol. II" Miguel Hernández González, José Luis Prieto Pérez (2)
"Física General" B. Alvarenga, A. Máximo
"Tratado elemental de química" Antoine Laurent de Lavoisier
"Introducción a los conceptos y teorías de las ciencias físicas" Gerald Horton
Por Joaquín Jiménez (III°A)
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