Temperatura i Calor: Conceptes Fonamentals de la Termodinàmica

1. Temperatura

Quan es posen en contacte dos cossos a diferents temperatures, s’arriba a un estat denominat equilibri tèrmic en què s’igualen les temperatures dels cossos. La temperatura és la magnitud comuna a dos cossos quan es troben en equilibri tèrmic. La temperatura d’un cos és proporcional a l’energia cinètica mitjana de les seues partícules.

• Les escales termomètriques més utilitzades són la centígrada, la Fahrenheit i l’absoluta.
• La relació entre l’escala centígrada i l’absoluta està expressada per T(K) = 273 + (ºC).

El kelvin (K) és la unitat de temperatura en el sistema internacional.

2. Calor com a Mètode de Transferència Energètica

La calor és el procés de transferència d’energia d’un cos a un altre com a conseqüència de la diferència de temperatura entre els cossos. Els procediments de transferència d’energia mitjançant calor són:

• a) Conducció: és la propagació calorífica sense desplaçament de matèria (metalls).
• b) Convecció: és la propagació calorífica mitjançant desplaçament de matèria. Es produeix en fluids. Les parts del cos que reben energia augmenten de volum, es troben menys denses i pugen; les parts fredes són més denses, baixen i ocupen les zones lliures. D’aquesta manera, la temperatura tendeix a igualar-se en totes les parts del cos.
• c) Radiació: és la propagació d’energia per mitjà d’ones electromagnètiques sense necessitat de cap medi material (radiació solar).

La calor específica (ce) d’una substància és l’energia que absorbeix mitjançant calor un quilogram de la substància per a augmentar la temperatura 1K. La unitat de calor específica en el SI és J kg^-1K^-1.

L’energia que cal transmetre mitjançant calor a un cos de massa m per a elevar la seua temperatura des de t_inicial fins a t_final és la següent: Q = mc_e(t_f - t_i).

3. Els Efectes de Calfar la Matèria

Canvis d’estat: la matèria es presenta en forma sòlida, líquida o gasosa. La temperatura d’una substància pura es manté constant durant un procés de canvi d’estat. L’energia Q que intervé en un canvi d’estat és Q = Lm. La constant L és una característica de cada substància que es denomina calor latent de canvi d’estat. Cada substància posseeix dues constants diferents:

• Calor latent de canvi de la fusió (d’estat sòlid a líquid) i la solidificació (de líquid a sòlid): L_f.
• Calor latent de canvi d’estat de la vaporització (de líquid a gas) i la condensació (de gas a líquid): L_v.

- Dilatació dels cossos: la dilatació és l’augment de les dimensions d’un cos quan s’eleva la seua temperatura. La dilatació lineal d’un cos està expressada per AL = . El coeficient de dilatació lineal és la variació de longitud que experimenta un metre d’una substància quan la seua temperatura es modifica un grau centígrad. Els gasos es dilaten més que els sòlids i que els líquids, perquè les seues molècules es mouen amb tota llibertat per tot el recipient.