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Mapa mental: Temperatura y equilibrio térmico

Contenido del mapa

Temperatura y equilibrio térmico — La temperatura mide la intensidad del movimiento de las partículas y se iguala en el equilibrio.
- ¿Qué es la temperatura? — Explica qué mide realmente la temperatura.
  - Movimiento promedio — La temperatura refleja la energía cinética promedio de las partículas.
  - No cuenta cantidad — No mide cuántas partículas hay, solo qué tan rápido se mueven en promedio.
  - Analogía del patio — Como niños en un patio: si corren rápido están calientes, si caminan lento están fríos.
- Calor vs temperatura — Aclara la diferencia entre temperatura y calor.
  - Calor en tránsito — El calor es energía en tránsito que solo aparece con diferencia de temperatura.
  - Flujo caliente a frío — El calor siempre viaja de lo caliente a lo frío hasta igualarse.
  - Taza vs piscina — Una taza hirviendo tiene mayor temperatura pero menos calor total que una piscina tibia.
- Equilibrio térmico — Describe qué pasa cuando dos cuerpos intercambian calor.
  - Contacto térmico — Es la conexión que permite intercambiar calor por contacto, aire, agua o metal.
  - Condición T1 = T2 — Hay equilibrio cuando T1 = T2 y ya no hay cambio ni flujo neto de calor.
  - Ejemplo de la cuchara — La cuchara fría se calienta y la sopa se enfría un poco hasta quedar tibias e iguales.
  - Mezcla en equilibrio — Mezclar 200 g a 80 °C con 300 g a 20 °C da 44 °C, más cerca del agua fría por su mayor masa.
- Medición y escalas — Explica cómo medir la temperatura correctamente.
  - Termómetro — Instrumento que mide con una propiedad que cambia, como la altura del líquido.
  - Equilibrio al medir — Debe quedarse un rato con el cuerpo hasta tener la misma temperatura.
  - Tres escalas — Celsius, Kelvin y Fahrenheit se definen por la congelación y ebullición del agua.
    - Celsius — Usa 0 °C para congelar y 100 °C para hervir.
    - Kelvin absoluta — Es la escala absoluta sin negativos; 0 K es lo más frío y el agua congela a 273.15 K.
    - Fahrenheit — Usa 32 °F para congelar y 212 °F para hervir.
    - Fórmulas — Se convierten con TK = TC + 273.15, TF = 9/5 TC + 32 y TC = 5/9 (TF - 32).
- Ley cero — Regla clave para comparar temperaturas con un termómetro.
  - Enunciado — Si A y B están en equilibrio con C por separado, entonces A y B están en equilibrio entre sí.
  - Igualdad de temperaturas — Si TA = TC y TB = TC, entonces TA = TB.
  - Uso del termómetro — Si el termómetro marca lo mismo en dos tazas, esas tazas tienen la misma temperatura.

La temperatura indica qué tan caliente o frío está un cuerpo. A nivel microscópico mide la energía cinética promedio de sus partículas: si se mueven intenso y chocan fuerte, la temperatura es alta; si se mueven lento, es baja. No depende de la cantidad de partículas, solo del promedio, como en un patio donde importa qué tan rápido corren los niños y no cuántos hay.

Es fundamental no confundir temperatura con calor. El calor es energía en tránsito que solo aparece cuando hay diferencia de temperatura y siempre viaja de lo caliente a lo frío. Por eso una taza pequeña de agua hirviendo tiene mayor temperatura que una piscina tibia, aunque la piscina guarda mucho más calor en total.

Cuando dos cuerpos están en contacto térmico pueden intercambiar calor por toque directo, aire, agua o metal. Al principio el cuerpo caliente se enfría y el frío se calienta, como una cuchara fría en sopa caliente. El proceso termina en el equilibrio térmico, cuando ambos alcanzan la misma temperatura y se cumple T1 = T2, sin más cambios ni flujo neto.

Para medir se usa el termómetro, que aprovecha una propiedad termométrica que cambia con la temperatura, como la altura del líquido. Debe permanecer en contacto hasta lograr el equilibrio térmico con el cuerpo. Se usan tres escalas: Celsius con 0 °C y 100 °C, Kelvin con 273.15 K y 373.15 K, y Fahrenheit con 32 °F y 212 °F para congelación y ebullición del agua. Kelvin es la escala absoluta con cero en 0 K. Se convierten con TK = TC + 273.15, TF = 9/5 TC + 32 y TC = 5/9 (TF - 32).

La ley cero de la termodinámica permite usar el termómetro como tercer cuerpo: si A está en equilibrio con C y B está en equilibrio con C, entonces A y B están en equilibrio entre sí porque tienen igual temperatura. En un termo aislado la temperatura de equilibrio de una mezcla es un promedio ponderado por masas; por ejemplo, 200 g a 80 °C con 300 g a 20 °C llegan a 44 °C, un valor intermedio más cercano al agua fría.