Para citar este artículo:

Nasif Nahle. 2009. Calor. Biology Cabinet Journal Online. http://www.biocab.org/Calor.html

Calor
Biól. Nasif Nahle Sabag
Director de Investigaciones Científicas-Biology Cabinet


PROPÓSITO DE ESTE ARTÍCULO

Al presente, existe excesiva confusión con respecto a los conceptos científicos sobre la física del calor, especialmente en el ámbito de la climatología. Algunos climatólogos están haciendo uso inapropiado del concepto de calor para impactar a sus lectores a favor de sus ideas personales o tendencias políticas. El uso de la frase “contenido de calor en tal o cual sistema” es tendencioso y conlleva el propósito de impactar al público en ciertos asuntos políticos, pero se desvía absolutamente del contenido científico de la expresión. Es por ello que el propósito de este artículo es dilucidar en forma breve pero muy clara los significados de calor, energía, energía interna y energía total disponible desde el punto de vista de la Física.

INTRODUCCIÓN

Definición de Calor

Calor es energía en tránsito debido a una diferencia de temperatura entre dos sistemas.

El calor siempre fluye del sistema con más alta temperatura hacia el sistema con más baja temperatura.

El calor es energía que traspasa los límites de un sistema termodinámico en un estado de alta densidad de energía cinética y que se transfiere a otro sistema en un estado de baja densidad de energía cinética. Esto equivale a decir que el calor es la energía transferida de un sistema con alta temperatura a otro sistema con baja temperatura.

Antes de ser transferida, la energía que está dentro de los límites del sistema no es calor, sino energía interna o energía total disponible.

Una vez que un sistema absorbe la energía transferida en forma de calor, esta última deja de ser calor y se transforma en energía interna del sistema, es decir, deja de ser calor porque ya no está en tránsito entre dos sistemas con diferentes temperaturas.

Para ser calor, la energía debe estar en proceso de transferencia de un sistema caliente a otro sistema menos caliente. No hay transferencia de calor desde los sistemas con baja densidad de energía cinética hacia sistemas con alta densidad de energía cinética. El flujo de los fotones del calor siempre ocurre desde un máximo hacia un mínimo, desde un estado excitado hacia otro estado menos excitado; esto constituye la segunda ley de la termodinámica.

El calor no puede ser almacenado ni contenido por algún sistema porque el calor es una función de proceso o cantidad de proceso. Otro nombre para función de proceso es magnitud de proceso.

Una función de proceso, o magnitud de proceso, es una cantidad física que describe la evolución o cambio a través del cual un sistema termodinámico pasa desde un estado de equilibrio termodinámico hasta otro estado de equilibrio termodinámico. Por ejemplo, calor y trabajo son funciones de proceso o magnitudes de proceso.

Es erróneo utilizar la expresión “calor almacenado” si no aclaramos que no es el calor (el proceso) lo que se almacena, sino la energía que se ha transferido de un sistema a otro después de cruzar la frontera del sistema receptor y ser absorbida. Lo correcto es decir “energía almacenada por transferencia de calor” o, simplemente, “energía almacenada”.

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Fecha de Publicación: ©19 de agosto de 2009 by Biology Cabinet. Actualización: 30 de noviembre de 2009
CALOR (BIOFÍSICA)
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De acuerdo con lo explicado en el diagrama, no podemos decir “el calor contenido en los océanos” porque el calor no puede ser almacenado por los océanos o por algún otro sistema. La energía en tránsito, o calor, es absorbida por los océanos y se transforma en energía interna, pero deja de ser energía en tránsito, o sea, calor, en el momento mismo de cruzar los límites del sistema aceptor porque deja de estar en tránsito para formar parte de la energía interna de los océanos, es decir, se convierte en energía cinética, energía potencial gravitacional, energía química o energía nuclear.

La energía cinética no es calor ni el calor es energía cinética.

La energía emitida o liberada por un sistema, tan pronto cruza los límites hacia afuera del sistema, se transforma en calor, es decir, en energía en tránsito.

Recuerde que las magnitudes de proceso, o funciones de proceso, no pueden ser almacenadas o contenidas debido a que solamente describen la trayectoria por la cual un sistema adquirió un estado de equilibrio. Una función de proceso o magnitud de proceso no es lo mismo que una función de estado.

Una función de estado es una propiedad de un sistema termodinámico que sólo depende del estado actual del sistema. La energía interna, o energía almacenada, es una función de estado.

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ENERGÍA TÉRMICA

Energía térmica es la energía cinética total que posee un sistema. La energía térmica es un componente importante de la energía interna de dicho sistema. (Engel & Reid. 2006. Pág. 13, 355)

La energía cinética es la energía del movimiento. (Wilson. 1994. Pág. 146. También en hyperphysics)

Por ejemplo, el sol es la fuente principal y fundamental de la energía para el sistema solar. La energía proveniente del sol es indispensable para la vida en la tierra (Suplee. 2009. Pág. 39). Sin la energía solar, la vida no existiría en nuestro planeta. (Sutton & Harmon. 2000. Pág. 49)

El sol produce energía por fusión nuclear (Suplee. 2009. Pág. 27). Parte de la energía interna del sol es energía cinética, o energía térmica, que alcanza unos 27 MeV por Nucleón de 4He (Maoz. 2007. Págs. 48-49). La energía térmica liberada desde el sol se transforma en energía en tránsito, o sea, calor (Suplee. 2009. Págs. 28-30 y Maoz. 2007. Pág. 49). Tan pronto como esta energía transferida es absorbida por la Tierra u otro cuerpo del sistema solar o de otros sistemas más allá de nuestro sistema solar, deja de ser calor y una vez más se convierte en energía cinética, que a continuación llega a formar parte de la energía total interna de ese sistema. En la tierra, los océanos son los principales almacenes de energía térmica solar. (Research News. Science Magazine. Vol. 198)

Otro ejemplo sobre la diferencia entre calor y energía térmica es una vela encendida. Una vela genera energía térmica (energía cinética de partículas) mientras arde que luego es disipada desde la vela hacia el ambiente (Wilson. 1994. Pág. 380). Tan pronto como la energía térmica cruza los límites de la vela, ya no es energía térmica y se convierte en calor, es decir, energía en tránsito (Engel & Reid. 2006. Págs. 16 y 17). Cuando la energía en tránsito choca con un sistema con baja densidad de energía, por ejemplo la piel, la energía transferida en forma de calor se convierte en energía térmica, es decir, se convierte en energía cinética molecular que ha sido transferida al sistema de baja densidad de energía desde un sistema de densidad de energía más elevada. (Wilson. 1994. Pág. 146)

La diferencia entre energía térmica y calor es que la energía térmica no está siendo transferida, sino que permanece como parte de la energía interna del sistema; en cambio, el calor es energía en transferencia, esto es, energía que se traslada de un sistema caliente hacia otro sistema frío. En pocas palabras, la energía térmica está dentro del sistema, en tanto que el calor está fuera del sistema.

La energía térmica continuamente se convierte en energía gravitacional (Maoz. 2007. Pág. 48). Por ejemplo, cuando levantamos un objeto en reposo desde el suelo hasta cierta altura, la energía térmica de nuestro cuerpo es transferida al objeto levantado. A medida que levantamos el objeto, nuestra energía térmica se almacena como energía gravitacional en el campo gravitacional del objeto. Allí, la energía permanecerá hasta que el objeto adquiera movimiento y esa energía gravitacional sea convertida en energía cinética.

Luego pues, la energía térmica en el campo gravitacional siempre es negativa, y por lo tanto, el campo gravitacional constituye un depósito permanente de energía térmica. (Guth. 1999. Páginas 335-339)

Las unidades de la energía térmica son Watts*segundo, Joules o calorías. Note usted la diferencia entre las unidades de calor (W, J/s, calorías/s) y las unidades de energía térmica (W*s, J, calorías).

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BIBLIOGRAFÍA

Suplee, Curt. The Plasma Universe. 2009. Cambridge University Press, New York. Pp. 27-39.

Guth, Alan H. The Inflationary Universe: The Quest for a New Theory of Cosmic Origins. Perseus Books Group, 1999, New York, New York. Pp. 29-31.

Van Ness, Hendrick C. Understanding Thermodynamics, PAGE 17.

Thomas Engel and Philip Reid. Thermodynamics, Statistical, Thermodynamics & Kinetics. 2006. Pearson Education, Inc. PAGE 16.

Maoz, Dan. Astrophysics. 2007. Princeton University Press. New Jersey. Pp. 48-49.

Potter, Merle C. and Somerton, Craig W. Thermodynamics for Engineers. Mc Graw-Hill. 1993. PAGE 40.

http://chemistry.about.com/od/chemistryglossary/a/heatdef.htm

http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/HBASE/thermo/heat.html#c1

Pitts, Donald and Sissom, Leighton. Heat Transfer. 1998. McGraw-Hill.

Sutton, David B., Harmon, N. Paul. Ecology: Selected Concepts. 2000. John Wiley & Sons, Inc. New York.

Wilson, Jerry D. College Physics-2nd Edition; Prentice Hall Inc. 1994.

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