Calor

Según la teoría cinética molecular de la materia, todas las sustancias están formadas por partículas en constante movimiento, que chocan entre sí. El movimiento de estas partículas determina la energía cinética o energía de movimiento de un cuerpo. El valor promedio de la rapidez del movimiento de las partículas que conforman a un cuerpo se denomina temperatura. Por lo tanto, esta propiedad constituye un parámetro que entrega información acerca de la energía interna del cuerpo. La temperatura está muy relacionada con el calor, sin embargo, ambos conceptos no son sinónimos, ya que el calor corresponde a la transferencia de energía que ocurre entre dos cuerpos que se encuentran a diferente temperatura, específicamente desde el que está a mayor temperatura hacia el que presenta una menor.

Equilibrio térmico

Ya mencionamos que el calor sigue un sentido determinado: desde el cuerpo de mayor temperatura a otro de menor. La transferencia de energía entre dos cuerpos se produce hasta que se alcance el equilibrio térmico, es decir, hasta que ambos tengan la misma temperatura.

Propagación del calor

El calor puede ser transmitido mediante tres mecanismos: conducción, convección y radiación.

• Conducción: es la propagación de calor al interior de un material que es sometido a una diferencia de temperatura. Por ejemplo, si el extremo de una varilla metálica se acerca a una llama, la temperatura de este objeto irá aumentando hacia el otro extremo. En este caso, las partículas del metal que están en contacto con la fuente de calor, vibrarán con mayor rapidez y amplitud, transmitiendo este movimiento a las partículas próximas. De esta forma, el calor se transmite hacia el extremo del cuerpo que no está en contacto directo con la llama. Existen objetos que transfieren de mejor manera el calor que otros, por lo que se les clasifica en conductores o aislantes. Los conductores térmicos presentan átomos cuyos electrones son atraídos débilmente por los núcleos, por lo tanto pueden pasar de un átomo a otro, transfiriendo energía. Un ejemplo de conductores térmicos son los metales. Por el contrario, los aislantes térmicos tienen átomos con un número relativamente pequeño de electrones libres, característica que los hace malos conductores de calor, por ejemplo, la fibra de vidrio.

• Convección: corresponde a la transferencia de calor mediante el movimiento de fluidos, como el aire o el agua. Por ejemplo, si se calienta agua en una olla, el agua que está en el fondo y recibe el calor de manera más directa, disminuye su densidad y se eleva. Al mismo tiempo, el agua de la superficie, más densa, desciende. El movimiento continuo del agua forma corrientes de convección.

• Radiación: tanto en la conducción como en la convección, se requiere de un medio material para que se produzca la propagación del calor. Pero existe un mecanismo a través del cual el calor puede ser transmitido en ausencia de materia: la radiación. La energía del sol llega a la Tierra mediante este proceso. Todos los cuerpos del universo emiten calor por radiación, específicamente radiación infrarroja, que no podemos ver. Los cuerpos con mayor temperatura emiten mayor cantidad de radiación.

Fuentes de calor

El calor tiene múltiples usos, como en la calefacción de los espacios y en procesos industriales. Pero ¿cómo se obtiene el calor? El calor se puede conseguir como fuente energética primaria o secundaria. El calor primario se obtiene de fuentes naturales, como la geotermia, que corresponde al calor interno de la Tierra, y la energía solar. El calor secundario se produce a partir de la fisión de combustibles nucleares y la quema de combustibles como el carbón mineral, el gas natural y el petróleo; y también mediante la electricidad en calderas eléctricas o bombas de calor.

En Chile, un 37% de la energía se destina para la generación de calor, y de este porcentaje cerca de un 47% se genera a partir del petróleo y un 32% de la leña. Los dos usos más importantes del calor en el país corresponden al manejo en la industria y a la calefacción de hogares, oficinas y centros comerciales, entre otros. El uso industrial se encuentra estrechamente relacionado a la elaboración de diversos productos, que van desde la producción de cobre y otros metales, hasta la elaboración de alimentos.

El segundo está asociado a la calidad de vida de las personas y a su nivel de confort, como disfrutar de una temperatura agradable durante los meses de invierno, sobre todo en aquellas zonas del país con climas extremos.

Calor y medio ambiente

En el sector Industrial, los procesos que requieren calor generan gran parte de las emisiones contaminantes de fábricas, refinerías u otros. Por lo tanto, su uso eficiente es fundamental para lograr mitigar los efectos que tiene la contaminación en zonas cercanas a las industrias.

Por otra parte, en el sector comercial, público y residencial, el calor es la mayor fuente de emisiones de gases contaminantes. En este sentido, es de suma importancia hacer un uso responsable y eficiente de la calefacción, con medidas como el mejoramiento de la aislación de las casas, el uso de equipos de calefacción eficaces y el empleo de combustibles limpios.

Transferencia de calor

En el siguiente gráfico se muestra la variación de T° de dos objetos por transferencia de energía (calor) hasta que alcanzan el equilibrio térmico. La última temperatura se mantendrá constante si el sistema se mantiene aislado de sus alrededores.

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