Introducción a la Termodinámica

El concepto Temperatura, macroscópicamente es un parámetro intensivo que se utiliza para describir el estado de un sistema; además, condiciona el sentido de la transferencia de energía entre sistemas hasta alcanzar el equilibrio térmico (Weast y Astle, 1982-83; Valcárcel et al. 1990).




Desde el punto de vista microscópico está relacionada directamente con la energía cinética molecular promedio de las moléculas (Levine, 1995). Esta definición será utilizada para interpretar fenómenos como el incremento de temperatura, la dilatación y los cambios de estado.

 El Calor es una transferencia de energía térmica debida a la acción de fuerzas a nivel molecular: cuando cuerpos de temperatura diferente se ponen en contacto, las colisiones entre sus moléculas provocan una transferencia de energía térmica del cuerpo de mayor temperatura al de menor; el calor es trabajo realizado desde el punto de vista molecular.

 Cuando cuerpos que tienen diferente temperatura (A y B) se ponen en contacto, la energía se transmite del cuerpo que tiene mayor temperatura (A) al cuerpo que tiene menos (B), al chocar las partículas del cuerpo A con las de las del cuerpo B, y estas con sus vecinas.

La temperatura del cuerpo B aumenta porque aumenta la energía cinética de sus partículas gracias al trabajo realizado por las partículas del cuerpo A, cuya energía disminuye y, consecuentemente, la temperatura del cuerpo A, disminuye.

Si B fueran dos objetos, uno de metal y otro de madera, la temperatura del objeto de metal aumenta rápidamente, mientras que la de madera lo hace tan lentamente que apenas se aprecia elevación de temperatura.

Ello es debido a que las partículas del metal se mueven con mayor libertad que las de la madera. Por lo tanto, los choques entre partículas vecinas se producen más fácilmente en el metal, su trabajo se hace más efectivo y, como consecuencia, la energía se transfiere más rápidamente en el metal que en la madera.

De esta manera podemos definir calor como el trabajo realizado por las partículas.

Cuando los técnicos hablan de buenos y malos conductores del calor se refieren a cuerpos con mayor o menor facilidad para transferir energía debido a una diferencia de temperatura. A los malos conductores se les denomina aislantes.

CONDUCTIVIDAD TERMICA

Aunque todos los materiales son capaces de transferir energía térmica está claro que, cuantas más partículas participen en choques con las vecinas, mayor conductividad térmica mostrará un sistema, más rápidamente se producirá el intercambio de energía. Así los sistemas densos, sólidos y líquidos, tendrán mayor capacidad de conducción del calor que los gases. Por otra parte los metales y los fluidos ionizados, además de sus átomos ionizados, disponen de electrones aumentando el número de partículas capaces de transferir la energía térmica (y también carga). La rigidez del sólido también favorece la conducción ya que se transmite cualquier movimiento con mayor facilidad, el diamante es una de los mejores conductores del calor. Los aislantes usuales son sólidos poco rígidos: blandos.