Los seres vivos necesitan calor para vivir, pero el hombre ha aprendido a obtenerlo. Las fuentes principales de energía que el hombre utiliza para producir calor son los combustibles, la corriente eléctrica, las reacciones nucleares, etc. Para poder aprovechar la energía calorífica debemos conocer, primero, cómo se produce el calor, cómo se propaga y cómo se conserva. En CurioSfera-Ciencia.com, te explicamos qué es el calor y sus características.
¿Qué es el calor?
El calor es una forma de energía que utilizamos muy a menudo. Sirve para calentar agua, la comida, las habitaciones, etc. El calor es una fuente de energía que siempre pasa del cuerpo más caliente al cuerpo más frío y nunca a la inversa. Un cuerpo frío no dará nunca calor a un cuerpo más caliente. Casi siempre el calor se manifiesta en una variación de temperatura del cuerpo: cuando un cuerpo cede calor, su temperatura disminuye.
Unidad de calor
Si el calor es una energía, tal como acabamos de indicar, se debe medir con la unidad básica de energía: el joule. Para que te puedas hacer una idea de la cantidad de calor que supone un joule, piensa que, para aumentar un grado centígrado la temperatura de un kilogramo de agua, se necesitan 4.180 julios.
Fuentes de calor
Aparte del sol, el hombre ha sabido obtener calor de los combustibles. Denominamos combustibles a aquellas materias que son capaces de arder con facilidad. Hay algunas sustancias que pueden dar calor sin quemar. Por extensión, este tipo de substancias también se llaman combustibles, aunque no los haya que quemarse para producir calor. Los combustibles atómicos utilizados en las centrales nucleares son de este tipo.
¿Cómo se transmite el calor?
El calor se puede propagar o transmitir de tres maneras diferentes:
- Por conducción
- Por radiación
- Por convección.
Para entender estas tres maneras, irá bien hacer tres experimentos:
Experimento 1
Toma una aguja metálica de hacer media, pon tres gotitas de cera (sacadas de una vela caliente) separadas unos tres centímetros entre ellas. Con un paño, coges la aguja por la punta y calienta la cabeza. El calor que la llama comunica al metal de la aguja se transmitiendo lentamente desde la cabeza hasta la punta, por lo que las gotas de cera se funden una tras otra. ¿Qué gota se funde primero?, ¿Cuál se funde última? Decimos que a lo largo de la aguja el calor se ha transmitido por conducción.
Experimento 2
Toma un frasco de vidrio y llénalo a tres cuartos de un agua con limaduras de hierro o cualquier partícula de sustancia sólida (serrín, granitos hasta de arena, etc.). Pon a calentar el bote. Poco después, verás, gracias al movimiento de las partículas, que dentro del agua se forman unas corrientes que van del fondo a la superficie y viceversa y que se denominan corrientes de convección. Estas corrientes transmiten el calor por toda el agua del bote.
Experimento 3
Pon tres botes metálicos iguales, y con la misma cantidad de agua dentro, ante una estufa eléctrica pero a distancias diferentes. Al cabo de un rato, cuando toques el agua de cada recipiente, verás que no se han calentado igual: el agua más caliente es la del bote que hay más cerca de la estufa eléctrica. El calor ha llegado a cada bote por radiación a través del aire.
Transmisión por convección
La clave está en saber qué son las corrientes de convección. El agua y el aire son aislantes térmicos y no propagan el calor por conducción.
Pero si calentamos un bote por la parte de abajo, o el aire de una habitación con un elemento calefactor situado al nivel del suelo, el agua o el aire caliente subirán, al tiempo que el aire o el agua fríos bajarán. De esta manera se producen las corrientes que hemos llamado de convección.
Así pues, decimos que el calor se transmite por convección cuando el cuerpo se calienta en toda su extensión gracias al movimiento de su masa interior. Las partes calientes suben porque pesan menos, y las frías bajan porque son más pesados.
Por ejemplo, la calefacción con agua aprovecha el principio de las corrientes de convección que acabamos de explicar. Efectivamente, el agua circula por el interior de la instalación y de los radiadores gracias a las corrientes de convección que se producen cuando ésta se calienta.
Cuando el agua desprende calor en el radiador, se enfría, su peso aumenta en relación al agua caliente, y baja. Dentro de la caldera, el agua se vuelve a calentar, su peso disminuye y esto hace que circule hacia arriba y se dirija a los radiadores, donde se vuelve a enfriar. El esquema de la figura de la página anterior te ayudará a entender esto que te acabo de explicar.
Transmisión por radiación
Lo primordial es conocer qué es la radiación calorífica. Acabamos de ver que el calor se transmite en las sustancias sólidas por conducción, y en los líquidos y los gases por convección. Pero el Sol nos envía su calor desde un punto del espacio muy lejano, y entre él y nosotros está el vacío.
¿Cómo circula el calor si no hay ninguna sustancia que la propague? Se transmite de una manera muy parecida a la de una estufa cuando estamos cerca. Recuerda que el aire es un mal conductor del calor. Decimos que tanto el Sol como la estufa emiten radiaciones caloríficas que se propagan a través del vacío o del aire, aunque este último sea un mal conductor.
Transmisión por conducción
Decimos que el calor se transmite por conducción cuando se propaga de una parte a la otra de un cuerpo, o entre cuerpos que estén en contacto, sin que haya movimiento de materia. Hay sustancias que son buenas transmisoras de calor y los hay que son malas transmisoras. Las buenas transmisoras se denominan conductoras, y las malas transmisoras se llaman aislantes térmicas.
Sustancias conductoras del calor
En general los metales son buenos conductores del calor, a pesar de que no todos los metales transmitan el calor con la misma velocidad. Por ejemplo, el aluminio conduce el calor cuatro veces más deprisa que el hierro. La plata y el cobre todavía lo hacen más deprisa que el aluminio.
La velocidad de la propagación del calor es una cualidad que se puede comprobar con el experimento de la figura de la derecha. Cada barra es de un metal diferente, y en el extremo tienen una chincheta pegada con cera.
Cuando has encendido la llama del medio, el metal que sea mejor conductor transmitirá más deprisa el calor hasta la punta y fundirá la cera, por lo que la chincheta caerá. La primera que caiga será la de la barrita de cobre, después caerá la de la de plata y seguidamente la del aluminio, la del zinc y finalmente la del hierro.
Sustancias aislantes del calor
Recuerda que cuando no nos queremos quemar a la hora de agarrar un bote que está al fuego, utilizamos un paño. O, si no, la cogemos directamente por el asa si está recubierta de plástico. ¿Por qué lo hacemos así? Pues porque estos dos materiales, la ropa y el plástico, son aislantes excelentes del calor: es decir, no conducen el calor.
El aire es un mal conductor del calor, y todas las sustancias que tengan aire dentro serán substancias aislantes: el corcho, las pieles, la lana, la fibra de vidrio, etc.
Las sustancias que no retienen el aire, pero que conducen muy lentamente el calor, también son aislantes térmicos, como por ejemplo el vidrio, los plásticos, la porcelana y la madera. El mejor aislante de todos es el amianto. De ahí que los vestidos y las protecciones para trabajar en lugares con temperaturas muy elevadas se hacen de amianto.
Qué es la sensación calorífica
Cuando tocamos un cuerpo, podemos notar que está muy frío, o que está frío, tibio, caliente o muy caliente. Si te tiras a la piscina, por ejemplo, sentirás una de estas sensaciones. ¿De dónde proviene la sensación que nos comunica el agua?
La sensación proviene del calor que se transmite. Si el agua transmite calor a nuestro cuerpo, nos dará la impresión que está caliente. Por el contrario, si somos nosotros que transmitimos el calor al agua, notaremos la sensación de frío. Si no se produce ninguna de estas dos cosas, el agua nos parecerá tibia.
Qué es el calor resumen
- El calor es una energía que se transmite de los cuerpos calientes a los fríos.
- El Sol es la fuente principal de la energía calorífica.
- Los combustibles son todas las sustancias que pueden producir calor y transmitirlo a otros cuerpos.
- El calor se transmite con tres sistemas: por conducción, por convección y por radiación. Los metales son buenos conductores del calor.
- El aire, el agua, el amianto y las sustancias que retienen el aire (corcho, lana, etc.) son aislantes térmicos.
- El calor se transmite en el interior de los líquidos y los gases mediante corrientes de convección.
- A través del vacío y del aire, el calor se transmite en forma de radiación calorífica.
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