Panells d'energia
solar fotovoltaica

Instal·lació d'energia solar tèrmica

Planta d'energia solar
termoelèctrica

Calor

Calor

En la física, en particular en la termodinàmica, la calor es defineix com la contribució de l'energia transformada com a resultat d'una reacció química o nuclear i transferida entre dos sistemes o entre dues parts d'un mateix sistema. Aquesta energia no és atribuïble a una feina o a una conversió entre dos diferents tipus d'energia. La calor és, per tant, una forma d'energia transferida i no una forma d'energia continguda com energia interna.

A mesura que s'intercanvia l'energia, la calor es mesura en el Sistema Internacional en joules. A la pràctica, però, sovint s'utilitza encara com la unitat de mesura de calories, que es defineix com la quantitat de calor necessària per elevar la temperatura d'un gram d'aigua destil·lada, es sotmet a la pressió d'1 atm va passar de 14,5 a 15 ° C, 5 ° C. De vegades també s'usen unitats purament tècniques com kWh o BTU.

La calor i el treball són formes d'energia que no poden associar-se amb l'estat del sistema, és a dir, amb la seva configuració d'equilibri; en particular, les dues formes d'energia es reconeixen en el moment en què transiten, flueixen. El treball identifica el moment en què la força es realitza un canvi. En altres paraules, els fluxos de treball es realitzen en l'instant en què es produeixen; així com la calor s'identifica només en el moment de la seva transmissió.

Efectes de la calor

Els efectes de la transferència de calor es descriuen per la primera llei de la termodinàmica en la seva forma més general:

ΔE = Q - W

On ΔE indica un canvi de qualsevol forma d'energia (tal com energia interna, energia cinètica, o energia potencial), Q representa la calor i W indica el treball (per canvi de volum o isócoro). Les conseqüències de la transferència de calor poden ser principalment de dos tipus: variació d'energia o intercanvi de treball.

Una forma particular d'energia que pot modificar-se després del pas de la calor és l'energia interna; la variació de l'energia interna pot tenir diferents conseqüències, inclòs un canvi en la temperatura o un canvi en l'estat d'agregació.

Si la transferència de calor dóna com a resultat un canvi en l'estat d'agregació, aquesta calor pren el nom de calor latent, mentre que si la transferència de calor dóna com a resultat una disminució en la diferència de temperatura (perquè els dos sistemes o dues parts del mateix sistema tendeixen a assolir l'equilibri tèrmic) parlem de calor sensible.

La fórmula clàssica de la calor sensible és:

Q = c · m · At

Mentre que el de la calor latent és:

Q = λ · m

Finalment, en el cas que la transferència de calor impliqui tant una disminució en la diferència de temperatura com un canvi de fase, aquesta calor es pot considerar com la suma de dues contribucions: una contribució relacionada amb la calor sensible i una contribució relacionada amb la calor latent.

Per exemple, l'augment de la temperatura de l'aigua de 20 ° C a 50 ° C en condicions estàndard (és a dir, a una pressió d'1 atm) es determina pel fet que es proporciona calor sensible, mentre que, si el aigua ja ha arribat a la temperatura d'ebullició, emmagatzema energia (en forma de calor latent), mantenint la seva temperatura sense canvis, fins que es produeix el canvi de fase de líquid a vapor. Per aquesta raó, un raig de vapor d'aigua a 100 ° C, que té energia emmagatzemada durant el pas de l'estat, pot causar cremades més severes que l'aigua a l'estat líquid a la mateixa temperatura.

També es parla de calor de reacció quan la calor es consumeix o es genera per una reacció química.

Calor, temperatura i energia interna

La calor no és una propietat associada amb una configuració d'equilibri termodinàmic. En presència d'un gradient de temperatura, la calor flueix des dels punts a temperatures més alts als que estan a temperatures més baixes, fins que s'aconsegueix l'equilibri tèrmic. La quantitat de calor intercanviada depèn de la trajectòria en particular seguit de la transformació per arribar des de l'estat inicial a l'estat final. En altres paraules, la calor no és una funció d'estat.

L'energia interna, en el seu lloc, és una funció de l'estat associable amb una configuració d'equilibri (o estat termodinàmic) del sistema, depenent de les variables d'estat.

Per a la temperatura i l'energia internes tenen expressions lògiques (és a dir, són científicament correctes) del tipus: "el cos té una certa temperatura, té una certa energia interna, adquireix energia, dóna energia".

D'altra banda, la calor no és una propietat termodinàmica, de manera que frases com "el cos té calor, cedeix calor, adquireix calor" no tenen cap valor científic. De fet, la calor pot definir-se com "energia en trànsit", no com "energia posseïda per un cos"; la calor és intercanviat entre dos cossos (o dues parts del mateix cos) i no posseït per un sol cos (com és el cas de l'energia interna). En particular, la calor flueix a causa d'una diferència de temperatura entre el sistema en estudi i l'entorn que interactua amb ell, llavors la calor només es manifesta quan passa entre el sistema i l'entorn a causa d'una diferència de temperatura i no es reconeix de cap manera dins el sistema i el medi ambient com una propietat intrínseca de la mateixa.

Propagació de calor

La transferència (o intercanvi o propagació) de calor entre sistemes es pot fer de tres maneres:

  • Propagació de calor per conducció: en un sol cos o entre cossos en contacte hi ha una transmissió, per impactes, d'energia cinètica entre les molècules que pertanyen a les àrees veïnes del material. En l'energia de conducció es transfereix a través de la matèria, però sense moviment macroscòpic de l'última;
  • Propagació de calor per convecció: en un fluid en moviment, les parts de fluid poden escalfar o refredar a executar entrar en contacte amb les superfícies exteriors i, a continuació, en el curs del seu moviment (en el caràcter turbulent sovint) , la transferència (sempre a executar), l'energia adquirida a altres superfícies, el que dóna lloc a una transferència de calor per advecció. En un camp gravitatori tal com la terrestre (associat amb la força del pes), aquest mètode de transferència de calor és causa de la natural d'ocurrència dels corrents d'advecció, s'escalfi i refredi, a causa de la diversitat de temperatura i, per tant, de densitat de les regions fluïdes implicades en el fenomen, pel que fa a les del fluid circumdant;
  • Propagació de calor per irradiació: entre dos sistemes, la transmissió de calor pot tenir lloc a una distància (també en el buit), per a l'emissió, propagació i absorció de les ones electromagnètiques: també en aquest cas el cos temperatura més baixa s'escalfa, i que a una temperatura superior es refreda. El mecanisme d'irradiació no requereix contacte físic entre els cossos involucrats en el procés. Un exemple la calor que es propaga des del Sol cap a la terra mitjançant la radiació solar.

Detecció de temperatura

La sensació de "calor" o "fred" que sent en tocar un cos està determinada per la seva temperatura i la conductivitat tèrmica del material de què està feta, a més d'altres factors.

Encara que és possible comparar amb el tacte (amb certa precaució) les temperatures relatives de dos cossos, és impossible donar una avaluació absoluta. Per exemple, en submergir un cop de mà en aigua freda durant uns segons i l'altra en aigua calenta, i després submergir ambdues en aigua tèbia, la primera tindrà la sensació que l'aigua està calenta, la segona que està freda, perquè la temperatura percebuda és relatiu al de la mà que està fent el mesurament.

Una avaluació relativa també és sovint impossible. Per exemple, en tocar una peça de fusta i una peça de metall que han estat en el mateix ambient el temps suficient per assolir l'equilibri tèrmic amb l'entorn, es té la sensació que el metall és molt més fred, a causa de la diferent conductivitat tèrmica dels dos materials. Un termòmetre col·locat primer en contacte amb la fusta, després amb metall, en canvi mesuraria la mateixa temperatura, que coincideix amb la de l'aire en l'ambient que és aproximat com a font de calor per tot el que està contingut en ella.

La temperatura és un índex de l'energia cinètica mitjana de les partícules del cos sota examen, la calor és l'energia que un cos a una temperatura més alta transfereix a un cos a una temperatura més baixa (fins a tenir els dos cossos a la mateixa temperatura ). La sensació de fred i calor es deu tant a la diferència de temperatura entre la mà i l'objecte com a la velocitat amb la qual l'objecte pot transferir (absorbir o alliberar) calor a la mà (o un altre objecte a diferents temperatures).

No obstant això, en proporcionar calor a un cos, no només augmenta la temperatura, llavors hi ha una sensació més aguda de calor, però hi ha variacions directament mesurables en algunes propietats físiques.

Antecedents històrics de la calor

Durant la primera meitat del segle XVIII, els erudits van utilitzar la substància elemental anomenada flogist per explicar l'escalfament d'alguns materials i la combustió.

En els anys següents, els fenòmens tèrmics es remuntaven a la teoria segons la qual la calor era un fluid invisible, que en entrar a la matèria d'un cos podia augmentar la seva temperatura.

Tot i els estudis del segle XVII de Boyle sobre la relació entre el moviment de les partícules i la calor, només cap al mig del segle XIX es va establir les bases de la termodinàmica. Aquestes bases es van asseure gràcies als estudis Mayer (1842) i Joule (1843), relativa a la quantitat de calor i el treball necessari per aconseguir-ho.

valoración: 3 - votos 1

Última revisió: 24 de agost de 2018

Tornar