2.4.

Calor, transferencia de calor y procesos

térmicos: dilatación y formas de propagación
Inicio Aprendizaje esperado
El alumno:
• Describe la temperatura a partir del modelo cinético de partículas con el fin de
explicar fenómenos y procesos térmicos que identifica en el entorno, así como a
diferenciarla del calor.

La familia Hernández se reunió con varios primos y amigos para preparar una gran
cena. Mientras Julia, Enrique y Tomás preparaban el ponche a fuego lento, Julia
y Norma se encargaban de preparar el pastel para después meterlo al horno (fig.
3.32). Del otro lado de la barra, se observaba a Natalia, Iván y Sebastián haciendo
algunos guisados en diferentes cacerolas. Mientras tanto, se veía a Doña Romi-
na (la abuelita) abriendo todas las ventanas de la casa; según ella, “hacía mucho
calor”.

¡A todos les fue terrible en la cocina! A los primeros se les consumió el agua del
ponche, a los segundos se les quemó el pastel y a los terceros se les quemaron los
Figura 3.32. En la cocina
dedos por haber tocado las cucharas que dejaron dentro de las cacerolas mientras
encontramos diferentes
manifestaciones del calor. se cocinaban los alimentos. Julia comenzó a reír y les dijo que todo se debía a la
transferencia de calor, que para otra ocasión más valía tenerlo en cuenta y que,
por cierto, decir que “hace mucho calor” no tenía sentido. Todos la miraron con cara
de sorpresa pues no sabían de qué estaba hablando.

Reflexiona:
• ¿Qué es el calor? ¿Por qué no tiene sentido decir que “hace mucho calor”?
• ¿A qué se refiere Julia con “transferencia de calor”?
• ¿Qué relación tiene el calor con el hecho de que el agua se evapore, el pastel se
queme o los cucharones eleven su temperatura?

Desarrollo El aumento en la velocidad de las partículas tiene como consecuencia la elevación de la temperatu-
ra. Debido a este movimiento las partículas se separan entre sí y ocupan un mayor espacio. A este
fenómeno se le conoce como dilatación y se aprecia en el aumento de tamaño del cuerpo forma-
do por dichas partículas. Los termómetros de mercurio que utilizas en casa o en el laboratorio fun-
cionan con el mismo principio. A mayor temperatura, mayor agitación molecular y, por tanto, mayor
expansión. Para la construcción de termómetros se utilizan materiales que se dilaten de manera
uniforme; es decir que para cierto incremento de temperatura, aumenten su volumen siempre en la
misma cantidad. El mercurio y el alcohol cumplen con este principio, razón por la cual son las sus-
tancias que más se usan.

La dilatación de los materiales se presenta en muy diversas situaciones. Si alguna vez has es-
tado dentro de una casa construida de madera, pudiste percibir que durante la noche se escu-
chan ciertos crujidos que parecen tenebrosos. Dichos crujidos se deben a que durante el día,
cuando la temperatura es mayor, la madera se dilata; mientras que de noche baja la tempera-
tura, y la madera vuelve a su tamaño original emitiendo otra vez sonidos extraños.

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Asimismo, en las vías de los ferrocarriles, los rieles están separados a determinada distancia.
Cuando el tren pasa por las vías, la fricción provoca que se eleve la temperatura de las mismas y
que se expandan. Si no hubiera espacio entre ellas podrían deformarse y desalinearse imposibi-
litando el paso del tren (fig. 3.33).

La dilatación también se observa en las estructuras que sostienen los puentes colgantes y en
aquellos con armadura metálica.

Con ciencia
Con la orientación del profesor, comenten en grupo en qué otras situaciones han percibi- a)
do la dilatación de algún material.

• ¿Por qué los ingenieros y arquitectos deben considerar la dilatación al construir y diseñar
cualquier estructura, como casas, edificios, puentes, vías, etcétera?

Calor y temperatura, dos conceptos diferentes

En la lectura inicial, se comentó que las ventanas de la casa se abrieron porque “hacía mucho ca-
lor”. Seguramente tu familia y tú han utilizado esta expresión o algunas otras como “tengo mu- b)
cho calor”, “la arena está muy caliente” o “el fuego es muy caliente”. En todas estas frases el
concepto de calor está mal empleado. El calor, a diferencia de la temperatura, es una energía en
tránsito y, por tanto, no es algo que puedan o no tener las sustancias o cuerpos.

Para que sea posible hablar de calor se necesita que existan dos o más cuerpos y que, además,
estén a diferentes temperaturas. De esta forma, si aisláramos al Sol del resto del Universo, no
podríamos decir que el “Sol es muy caliente”, lo correcto sería decir que: “El Sol tiene una tempe-
ratura elevada”.
Figura 3.33. a) La
Para aclarar estos conceptos, imagina que en una caja aislada térmicamente, dejas una taza de
dilatación es un fenómeno
café a 80°C. Como no hay nada con que las partículas del café puedan interactuar, estas conser- que se observa en las vías
varán su energía y el café seguirá a la misma temperatura (80°C). Pero si alguien llega y toma del tren. b) En los cables
la taza de café con su mano, entonces habremos puesto en contacto dos cuerpos a diferentes de los puentes colgantes
temperaturas: el café a 80 °C y la mano de la persona a 37 °C, y a partir de ese momento, es co- y de armadura metálica
rrecto decir que existirá transferencia de calor de la taza de café a la mano de la persona, pues la también se observa
dilatación.
temperatura de la taza de café disminuirá y la temperatura de la mano de la persona aumenta-
rá (hasta cierto límite porque el cuerpo regula su temperatura). De lo anterior podemos concluir
que el cuerpo de mayor temperatura, en este caso la taza de café, cede calor al cuerpo de menor
temperatura, es decir, a la mano de la persona.

El calor es energía térmica en transferencia o en movimiento que pasa del cuerpo de mayor tem-
peratura al cuerpo de menor temperatura, en este caso, de la taza de café a la mano de quien la
sostiene (por eso la persona siente quemarse).

Como el calor es energía en tránsito, utiliza las mismas unidades que las de la energía mecáni-
ca, cinética y potencial en el SI, que son los joules (J). La diferencia entre calor y temperatura es
que el calor es energía térmica en transferencia debida a la diferencia de temperatura entre dos
o más cuerpos, mientras que la temperatura es una medida de la energía cinética promedio de
las partículas. El calor se mide en joules y la temperatura en °C, °F o K.

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 Una aclaración importante es que la materia sí posee temperatura, pues está formada por partí-
culas en constante movimiento, pero no puede tener calor pues esto depende de la temperatura
del resto de los cuerpos con los que interactúe. De hecho, un cuerpo puede recibir o ceder calor
dependiendo de su temperatura y de la de sus alrededores. Los seres humanos, por ejemplo, te-
nemos una temperatura corporal de 37 °C. Una persona que vive en un sitio que se encuentra a
5 °C, cede más calor al ambiente que otra que vive en una ciudad que se halla a 27 °C.

Formas de transmisión
o propagación del calor

El calor o la energía que se transfiere entre los objetos o cuerpos a diferentes temperaturas, tie-
ne tres formas diferentes de propagación.

Conducción. Esta se da por el contacto directo entre los cuerpos a diferentes temperaturas. Por
ejemplo, en la reunión de la familia Hernández las cucharas de los guisados aumentaron su tem-
peratura debido a la transferencia de energía que hubo de manera directa entre los guisados y
Figura 3.34. En los
las cucharas mismas. A su vez, quienes tocaron las cucharas se quemaron debido a la transfe-
alimentos que se cocinan
se observa cómo se rencia de calor por conducción, pues la energía de los utensilios pasó a los dedos de las perso-
propaga el calor por nas por contacto directo.
conducción.
Este mismo fenómeno lo percibimos cuando ponemos una tortilla en el comal y esta au-
menta su temperatura, o cuando servimos café en una taza y esta aumenta de temperatura
(fig. 3.34).
3.34
Partículas de gas
Convección. La transmisión de calor por convección se da en fluidos (lí-
quidos o gases). Es fácil observar este fenómeno en una olla donde se
Partículas de líquido
ha puesto agua a calentar; en la porción de agua que aumenta con ma-
yor rapidez su temperatura, las partículas se mueven con más velocidad
y por tanto se distribuyen en un espacio más amplio. Esto provocará que
la densidad de esa porción de agua sea menor que la del resto.
Celdas de
convección Siendo así, esa porción de agua tiende a ascender a la parte superior de
la olla, obligando a que el agua templada baje para ocupar el espacio de-
jado. Cuando el agua templada desciende, comienza a elevar su tempe-
ratura por estar más cerca de la flama y de nuevo tiende a subir. Este
ciclo continúa una y otra vez hasta que se aprecia una circulación con-
tinua de masas de agua en la que se transfiere calor a las regiones frías
(fig. 3.35).
Figura 3.35. El fenómeno
La transmisión de calor por convección fue en parte la responsable de que el ponche de la fa-
de convección tiene lugar
en una olla con agua. En milia Hernández se quedara sin agua, pues una vez que este fenómeno permitió que la tempe-
la figura se muestran las ratura de toda el agua llegara a cierta temperatura, el agua líquida comenzó a transformarse en
celdas de convección. vapor.

La convección también permite la circulación atmosférica y las corrientes marinas en océanos

y mares, pues en ambos casos se distribuye calor de las regiones cálidas alrededor del ecuador
hacia las regiones polares (fig. 3.36).

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Asimismo, la convección puede apre-
ciarse cuando encendemos una vela a) b)
Aire caliente
o una fogata y el aire de los alrede- Aire caliente
dores comienza a incrementar su
temperatura. Aire frío
Aire frío
Radiación. Esta forma de transmisión
de energía térmica es la única que no
necesita de un medio para propagarse,
Figura 3.36. En la imagen
de forma tal que puede viajar en el espacio vacío. Percibimos la radiación cuando nos ponemos
se observa el fenómeno
bajo el sol y sentimos un aumento en la temperatura de nuestra piel (fig. 3.37); cuando colo- de convección en el mar:
camos comida en el microondas y esta aumenta su temperatura, o bien cuando acercamos la a) durante el día y
mano a un foco y sentimos que se nos calienta la palma sin necesidad de tocarlo. La radiación b) por la noche.
también fue la responsable de que se quemara el pastel de la familia Hernández, pues de esta
manera el fuego transfiere su energía.

Practica lo aprendido Cierre

Con la orientación del profesor y de manera individual, copien en su libreta las siguientes
preguntas y respondan.
1. Completa las frases.

a) La WHPSHUDWXUD es una medida de la agitación molecular de un cuerpo.

Como todas las partículas se encuentran en movimiento, podemos decir que su
velocidad les proporciona cierta energía FLQpWLFD .
b) Toda la materia tiene WHPSHUDWXUD pero no puede poseer FDORU .
Pues el calor es HQHUJtD que se transfiere de un cuerpo de Figura 3.37. El calor
PD\RU del sol se propaga por
temperatura a otro de PHQRU temperatura. radiación.
c) En el SI, el calor se mide en -RXOHV , mientras que la temperatura se
mide en ž&.\ž) .

2. Investiguen en libros, revistas o páginas electrónicas qué relación tiene la formación

de tornados y huracanes con la transferencia de calor. Hagan una exposición y
preséntenla a sus compañeros.

3. Investiguen el funcionamiento y los beneficios de un horno solar, y construyan uno.

4. Dado que el calor es la energía que se transfiere de un cuerpo de mayor temperatura

a uno de menor temperatura, ¿qué es correcto decir: “el hielo enfría la limonada” o
“la limonada calienta el hielo”?

5. ¿Por qué se disuelve más rápido el azúcar en agua que está a mayor temperatura
que en agua que está a menor temperatura? Argumenta a partir del modelo cinético.

6. Si dejamos una sopa caliente en un tazón, después de cierto tiempo se habrá

enfriado, ¿por qué sucede esto?

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