Calor

El calor se puede definir como la energía de tránsito desde un objeto con alta temperatura a un objeto con menor temperatura. Un objeto no posee "calor"; el término apropiado para la energía microscópica de un objeto es energía interna. La energía interna puede aumentarse, transfiriéndole energía desde uno con mas alta temperatura (mas caliente) -es lo que propiamente llamamos calentamiento-.

Ejemplo de Calor y Trabajo

Este ejemplo de intercambio entre calor y trabajo como agentes que añaden energía a un sistema, nos puede ayudar aclarando algunos conceptos erróneos sobre el calor. Encontré la idea en un pequeño artículo de Mark Zemansky titulado "Uso y mal uso de la palabra 'calor' en la enseñanza de la Física". La idea clave de este ejemplo es que, si se nos presenta un gas con una temperatura alta, no podemos decir si alcanzó esa temperatura alta por calentamiento, por ejercer trabajo sobre él, o una combinación de los dos.

En la descripción de la energía que tiene un objeto a alta temperatura, no es correcto el uso de la palabra calor para decir que el objeto "posee calor" - es mejor decir que el objeto posee energía interna, como resultado de su movimiento molecular. Es mejor reservar la palabra calor para describir el proceso de transferencia de energía, desde un objeto a alta temperatura hacia otro a mas baja temperatura. Seguramente podemos tomar un objeto con baja energía interna y elevarla a una energía interna mas alta por medio de su calentamiento. Pero tambien podemos aumentar su energía interna realizando trabajo sobre él, y como la energía interna de un objeto a alta temperatura reside en el movimiento aleatorio de sus moléculas, no podemos decir que mecanismo se usó para proporcionarle esa energía.

Para advertir a profesores y estudiantes sobre los peligros del mal uso de la palabra "calor", Mark Zemansky aconseja reflexionar sobre la canción:

Zemansky apunta que la primera ley de la Termodinámica es una relación a aclarar. La primera ley identifica a ambos el calor y el trabajo, como métodos de transferencia de energía, que pueden llevar a cabo un cambio en la energía interna de un sistema. Despues de ello, ninguna de las palabras calor y trabajo tienen utilidad alguna en la descripción del estado final del sistema -solo podemos hablar de la energía interna del sistema-.

Equivalente Mecánico del Calor

El flujo de calor y el trabajo, son dos formas de transferencia de energía. Como se ilustra en el ejemplo de calor y trabajo, se puede elevar la temperatura de un gas, tanto calentándolo, como realizando un trabajo sobre él, o una combinación de los dos.

En un clásico experimento en 1843, James Joule demostró la equivalencia de energía de calentamiento y realizadora de trabajo, usando el cambio en la energía potencial de unas masas suspendidas, que agitaban y calentaban el agua de un contenedor aislado, mediante unas paletas. Una medidas cuidadosas, demostraron que el aumento en la temperatura del agua era proporcional a la energía mecánica empleada en agitar el agua. En esos tiempos se aceptó la caloría como unidad de calor, y el julio como unidad de energía mecánica. También se intrudujo la unidad térmica británica (BTU). Sus relaciones con el julio son

Estas conversiones son valores de la tabla International Steam Table (IT), y se pueden encontrar variaciones de hasta el 0.5% puesto originariamente se basaron en energía por cambio de temperatura del agua, y estos cambios varian un poco dependiendo de la propia temperatura. La capacidad calorífica del agua cambia ligeramente con la temperatura.

Trabajo a Presión Constante

De la definición de trabajo W=Fd realizado por una fuerza constante F actuando a lo largo de una distancia d: Solamente para un proceso a presión constante, el trabajo es: