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Física (secundario)
Calor y temperatura: calor específico y equilibrio térmico
Calor y temperatura suenan a lo mismo en el día a día, pero en física son cosas distintas. La temperatura mide qué tan caliente está algo; el calor es la energía que pasa de un cuerpo a otro porque tienen distinta temperatura. En la NES este tema forma parte de Físico-Química de 3° año, y en Provincia aparece en Fisicoquímica.
El tema
Para arrancar
En clase trabajamos con experiencias cotidianas, curvas de calentamiento y la fórmula Q = m · c · ΔT. Practicamos problemas de calentamiento, de mezclas de agua a distinta temperatura y de cambios de estado con calor latente, cuidando las unidades: calorías o joules, gramos o kilogramos, según el enunciado. También preparamos las preguntas teóricas, que suelen pedir explicar con palabras.
Conceptos clave
Lo que tenés que entender
Calor y temperatura
La temperatura se relaciona con la agitación de las partículas; el calor es energía en tránsito entre cuerpos a distinta temperatura.
Equilibrio térmico
Dos cuerpos en contacto intercambian calor hasta llegar a la misma temperatura. El más caliente cede y el más frío absorbe.
Calor específico
Q = m · c · ΔT. El agua tiene c = 1 cal/(g · °C), aproximadamente 4,18 J/(g · °C).
Cambios de estado
Durante un cambio de estado la temperatura no cambia aunque se entregue calor: Q = m · L, con L el calor latente.
Transmisión del calor
Por conducción en sólidos, por convección en líquidos y gases y por radiación, que no necesita un medio material.
Paso a paso
Un ejercicio como los de la prueba
Resuelto como lo hacemos en clase: primero la idea, después la cuenta.
Ejercicio resuelto
Se mezclan 200 g de agua a 80 °C con 300 g de agua a 20 °C en un recipiente aislado. ¿Cuál es la temperatura final?
- El calor que cede el agua caliente es igual al que absorbe la fría: 200 · 1 · (80 - T) = 300 · 1 · (T - 20).
- Distribuyo: 16 000 - 200T = 300T - 6000.
- Agrupo: 22 000 = 500T, entonces T = 44 °C.
- Control: queda entre 20 °C y 80 °C y más cerca de 20 °C, porque hay más agua fría.
- Verifico: cede 200 · 36 = 7200 cal y absorbe 300 · 24 = 7200 cal.
Resultado La temperatura final es 44 °C.
Ojo con esto
Los errores típicos
- Usar calor y temperatura como sinónimos en las respuestas teóricas.
- Plantear la mezcla con el ΔT con el signo invertido en uno de los cuerpos.
- Mezclar calorías con joules o gramos con kilogramos.
- Calcular un cambio de estado con Q = m · c · ΔT, cuando la temperatura no cambia.
- Dar una temperatura final fuera del rango de las temperaturas iniciales.
En clase
Cómo lo trabajamos con Gabriela
Combinamos la parte conceptual, que suele aparecer en preguntas de desarrollo, con los problemas numéricos. Para las mezclas usamos siempre el mismo planteo de calor cedido igual a calor absorbido, que evita los errores de signo.
¿Por qué el agua tarda en calentarse?
Porque tiene un calor específico alto: necesita mucha energía para subir un grado. Por eso funciona como moderador térmico, un tema que aparece en el diseño de la NES.
¿Qué es el calor latente?
Es la energía que hace falta para que una sustancia cambie de estado sin cambiar su temperatura, por ejemplo para derretir hielo a 0 °C.
¿Cómo paso de calorías a joules?
Una caloría equivale aproximadamente a 4,18 J. Multiplicá las calorías por 4,18 para obtener joules.
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