Qué es el Calor y Cómo se Produce?

El Universo está hecho de materia y energía. La materia está compuesta de átomos y moléculas (que son grupos de átomos) y la energía hace que los átomos y las moléculas estén en constante movimiento - rotando alrededor de si mismas, vibrando o chocandose unas con otras. El movimiento de los átomos y moléculas crea una forma de energía llamada calor o energía térmica, que está presente en todo tipo de materia. Incluso en los vacios más frío de espacio hay materia que posee calor, muy pequeño pero medible.

La energía puede presentarse de muy diferentes formas y pude cambiar de una a otra. Muchos tipos de energía pueden convertirse en calor. La energía electromagnética (luz), la electrostática (o eléctrica), la mecánica, la química, la nuclear, el sonido y la térmica, pueden calentar una sustancia haciendo que se incremente la velocidad de sus moléculas. Si ponemos energía en un sistema éste se calienta, si quitamos energía se enfría. Por ejemplo, si estamos fríos podríamos ponernos a saltar para entrar en calor.

Estos son algunos algunos ejemplos de los diferentes tipos de energía que pueden convertirse en energía térmica (calor).

(1) La energía mecánica se convierte en energía térmica siempre que botamos una pelota. Cada vez que la pelota rebota en el suelo parte de la energía de su movimiento (energía cinética) se convierte en calor, haciendo que la pelota cada vez rebote menos. Para ver una demostración de cómo pasa esto pulse aquí (Inglés)

Imagen térmica infrarroja de una pelota de tenis antes (izquierda) y después (derecha) de ser golpeada por la raqueta.
Imagen cortesía de K.-P. Möllmann y M. Vollmer, Universidad de Ciencias Aplicadas, Brandenburg/Germany

(2) La energía térmica puede ser transferida de unos objetos a otros haciendo que se calienten. Cuando calentamos agua en una cazuela, el calor de la estufa hace que las moléculas de la cazuela empiecen a vibrar más deprisa, haciendo que la cazuela se caliente. El calor de la cazuela hace a su vez que las moléculas de agua se muevan más deprisa calentándose. Por lo tanto cuando calentamos algo no estamos más que incrementando la velocidad de sus moléculas.

(3) La energía eléctrica se convierte en energía térmica cuando usamos estufas eléctricas, tostadores o bombillas.

(4) Nuestros cuerpos convierten a energía química de los alimentos que comemos en calor.

(5) La luz del Sol se convierte en calor y hace que la superficie de la Tierra esté caliente.

Existen muchos otros ejemplos. Puedes pensar en algún otro?

Cuanta más energía se mete en un sistema, más activas se ponen sus moléculas. Cuanto más rápidas se mueven las moléculas, más energía térmica o calor producen. La cantidad de calor en una sustancia está determinada por qué tan rápido se mueven sus moléculas, que a su vez depende de cuánta energía tiene el sistema.

ACTIVIDAD: Haga que los estudiantes se comporten como moléculas. Primero hágales estarse quietos y cerca unos de otros. Entonces haga que los estudiantes empiezen a moverse por la habitación a medida que entra más energía en el sistema. Haga entonces que los estudiantes se paren y noten donde se encuentran. Deberán estar más lejos unos de otros y sentirse más calientes que cuando empezaron.

A pesar de que las moléculas son demasiado pequeñas para ser vistas, podemos detectar y medir su movimiento.

EXPERIMENTO: Para hacer este experimento necesitamos dos recipientes tranparentes de agua y colorante alimenticio. Llene un recipiente de agua caliente y otro de agua fría (con la misma cantidad de agua). Cuando el agua esté quieta ponga una gota de colorante alimenticio en el centro del recipiente. A medida que las moléculas de agua chocan con las moléculas del colorante, el colorante se expandirá. Como las moléculas del agua caliente se mueven más deprisa, chocarán con las moléculas de colorante con más fuerza y más frecuentemente, haciendo que el colorante se esparza más rapidamente en el agua caliente que en el agua fría.

Resumen: El calor es la energía que tiene un objeto debida al movimiento de sus átomos y moléculas que están constantemente vibrando, moviendose y chocando unas con otras. Cuando añadimos energía a un objeto, sus átomos y moléculas se mueven más deprisa, incrementando su energía de movimiento o calor. Incluso los objetos más fríos poseen algo de calor porque sus átomos se están moviendo.