Transferencia de calor

Idea central: El calor siempre viaja de lo caliente a lo frío. No es algo que un cuerpo guarde, es energía en movimiento. Cuando todo queda a igual temperatura, el flujo se detiene.

1. ¿Qué es realmente el calor?

• Temperatura (T): es el nivel de lo caliente o frío. Mide qué tan rápido se mueven, en promedio, las partículas.
• Calor (q): es la energía que pasa de un lugar a otro justo porque hay diferente temperatura. Solo existe mientras se está transfiriendo.
• Analogía clave: como agua que baja por una pendiente. La altura es la temperatura. Solo corre si hay desnivel. Sin desnivel, se detiene.
• Ejemplos cotidianos:
  • Cuchara fría en sopa caliente se calienta: la energía fue de la sopa a la cuchara.
  • Hielo en jugo se derrite: la energía fue del jugo al hielo.
  • En ambos casos el flujo fue del más caliente al más frío, nunca al revés por sí solo.
• Equilibrio térmico: estado final donde dos objetos en contacto llegan a la misma temperatura. Ahí ya no hay transferencia neta de calor.
• Unidades en química:
  • julio: 1 J
  • caloría: 1 cal
  • Relación: 1 cal = 4.18 J

2. Las 3 formas de viajar del calor

• Conducción: paso de energía por contacto directo, de partícula a partícula, sin que la materia viaje.
  • Ejemplo: el mango metálico de una olla se calienta aunque el fuego solo toca la base.
• Convección: transporte de energía con movimiento de un fluido, líquido o gas. Lo caliente sube, lo frío baja y se crea un ciclo.
  • Ejemplo: el agua de una olla hierve a borbotones, el aire caliente de un calefactor sube.
• Radiación: energía que viaja en forma de ondas, sin necesitar contacto ni aire. Puede cruzar el vacío.
  • Ejemplo: el Sol calienta tu piel aunque esté a millones de km.
• En el laboratorio se calcula sobre todo la conducción entre sustancias que se tocan o se mezclan, pero las tres siguen la misma regla: de caliente a frío.

3. ¿Cuánto calor se transfiere?

• Calor específico (c): es la dificultad para calentarse. Energía necesaria para subir 1 °C a 1 g de sustancia. Para el agua: c = 4.18 J/g °C.
• Masa (m): cantidad de materia que quieres calentar. A más masa, más calor necesitas. Se mide en g.
• Cambio de temperatura (ΔT): cuánto subió o bajó la temperatura. Se calcula como ΔT = T final - T inicial. Se mide en °C.
• Fórmula estrella: q = m · c · ΔT
  • q en J, m en g, c en J/g °C y ΔT en °C.
  • Los g y °C se cancelan y deben quedar solo J.
• Regla de signos:
  • Si q > 0, la sustancia absorbió calor, se calentó.
  • Si q < 0, la sustancia liberó calor, se enfrió.

4. Para recordar en un minuto

• q es energía en tránsito, siempre de mayor a menor temperatura.
• T mide lo caliente que está algo, q mide la energía que se mueve por esa diferencia.
• Conducción por contacto, convección por fluido en movimiento, radiación por ondas sin medio.
• Usa q = m · c · ΔT.
• Modelo típico: 200 g de agua de 20 °C a 80 °C -> ΔT = 60 °C -> q = 200 x 4.18 x 60 = 50160 J ≈ 50.2 kJ absorbidos, q > 0 tiene sentido porque se calentó.