Temperatura i calor

La Temperatura dels Cossos

És fred o calent?

El sentit del tacte no és prou precís per determinar com de calent o fred està un objecte. La sensació depèn d'un seguit de circumstàncies. Per saber-ho amb exactitud, hem de mesurar-ne la temperatura.

La teoria cinètica afirma que la matèria està formada per partícules que es mouen contínuament. Les partícules que formen la matèria tenen energia cinètica a causa del moviment i energia potencial quan les forces entre si les obliguen a mantenir certes posicions.

L'energia cinètica: és més gran en les partícules dels gasos i més petita en les dels sòlids.

L'energia potencial: és més gran en les partícules dels sòlids i gairebé inexistent en les dels gasos.

S'anomena energia interna d'un cos la suma de les energies cinètica i potencial de cadascuna de les partícules que el formen.

L'energia interna depèn de:

• La quantitat de matèria: Com més gran sigui el nombre de partícules del cos, més gran serà l'energia interna.
• El tipus de substància: D'això depenen les forces que es puguin establir entre les partícules, cosa que en determina l'energia potencial.
• La temperatura: La teoria cinètica indica que com més gran sigui la velocitat a què es mouen les partícules i la seva energia cinètica, més gran serà la temperatura de la substància.

La temperatura és una mesura de l'energia cinètica mitjana de les partícules d'un cos.

Si les partícules d'un cos es mouen a una velocitat més petita, es redueix la temperatura. Quan les partícules no es mouen, l'energia cinètica és zero; en aquest moment s'haurà assolit la temperatura més baixa possible. Aquesta temperatura coincideix amb 0 K, s'anomena zero absolut i equival a -273,15 °C.

La Calor o Energia Tèrmica

La calor o energia tèrmica és l'energia que s'intercanvia quan es posen en contacte dos cossos que estan a diferent temperatura o quan es produeix un canvi d'estat. La calor és energia en trànsit. No té sentit, per tant, dir que un cos "té" calor: un cos absorbeix o perd calor. D'altra banda, un cos té una temperatura determinada.

Quan es posen en contacte dos cossos que estan a diferent temperatura durant un temps suficient, les seves temperatures arriben a igualar-se: assoleixen l'equilibri tèrmic.

Efectes de la calor sobre els cossos

Canvi de temperatura: S'anomena calor específica (c_e) d'una substància la quantitat de calor que s'ha de comunicar a 1 g d'aquesta substància perquè la seva temperatura augmenti 1 K. En el SI s'expressa en J/(kg·K). Q = m·c_e·(T₂-T₁)

S'anomena punt d'ebullició o de vaporització a la temperatura a la qual es produeix el canvi d'estat de líquid a gas en tota la massa del líquid. El punt d'ebullició coincideix amb el punt de condensació. El seu valor per a l'aigua és de 100 °C a la pressió d'una atmosfera.

S'anomena punt de fusió a la temperatura a la qual es produeix el canvi d'estat de sòlid a líquid. El punt de fusió coincideix amb el de solidificació. El seu valor per a l'aigua és de 0 °C a la pressió d'una atmosfera.

Quan una substància canvia d'estat es modifiquen les forces que en mantenen unides les partícules. La calor que es comunica a les substàncies mentre es produeix el canvi d'estat no s'inverteix a modificar la temperatura, sinó a modificar les forces entre les partícules. Per aquest motiu, la quantitat de substància que canvia d'estat depèn de la quantitat de calor que se li comunica i del tipus de substància.

S'anomena calor latent d'un canvi d'estat (L) a la quantitat de calor que cal subministrar a la unitat de massa d'una substància perquè es produeixi el canvi d'estat a la temperatura d'aquest canvi d'estat.

Segons el cas, es parla de calor latent de fusió (L_f) o de calor latent de vaporització (L_v). En el SI, el calor latent es mesura en J/kg.

1. Les dues culleres estan a la mateixa temperatura.
2. La mà està a una temperatura superior.
3. La fusta no condueix la calor (és aïllant). El marbre (o metall) és un bon conductor de la calor.
4. Quan es toquen, es produeix equilibri tèrmic només amb el metall o marbre, i la mà dóna energia a la cullera.
5. Per això notem fredor.

Perquè actua com a aïllant tèrmic i així fa que la temperatura no se'n vagi (plumífer).

La llana impedeix l'intercanvi de calor. O sigui, per a les persones del desert, la roba no deixa que passi la calor de l'exterior. I amb la manta impedeix que la calor passi de dintre a fora.

Transmissió de calor

La conducció és la manera en què es transmet l'energia tèrmica en els sòlids. L'energia es propaga sense que hi hagi transport de matèria, per xocs que tenen lloc entre les partícules «calentes» i les seves veïnes.

La convecció és la manera en què es transmet l'energia tèrmica en els fluids (líquids i gasos). L'energia es propaga perquè es produeix un transport de matèria.

La radiació és la manera en què es transmet l'energia tèrmica entre dos cossos sense que hi hagi cap tipus de contacte material entre si. Es propaga per mitjà d'ones electromagnètiques i és l'única forma en què es transmet energia tèrmica en el buit.

• Escalfament de l'aigua del mar per energia procedent del sol: Radiació.
• Augment de la temperatura de l'aigua en una cuina elèctrica: Convecció.
• Escalfament d'una biga metàl·lica: Conducció.
• Moviment dels núvols: Convecció.
• Transport de la calor: convecció.
• Sense contacte: radiació.
• Xocs de partícules: conducció.
• Ones: radiació.
• Sòlids: conducció.

Explica si és igual de greu: Les partícules d'un gas contenen més energia, o sigui, el vapor emmagatzema més energia, per tant, transmet més energia calorífica que l'aigua. Però les partícules gasoses estan més disperses, per això són més perilloses les cremades d'aigua.