Sabemos que la energía pasa de ser potencial a cinética o al revés; sin embargo, en la mayoría de los problemas de la vida cotidiana una parte de la energía (a veces toda) se disipa, es decir, que se convierte en formas de energía que no se pueden aprovechar.

En el caso de un carro circulando, su energía sería cinética. De acuerdo con la masa del carro y la velocida que alcanzará, la energía cinética, $E_c$, inicial será muy grande, pero al frenar y detenerse totalmente su velocidad final, será cero, por lo tanto su energía cinética final también será nula $E_c=0$.

Para deducir qué es lo que pasó con toda la energía cinética del principio consideremos que necesitamos aplicar los frenos para detenernos. Así, una parte muy pequeña de la energía se convierte en ruido, pero la mayoría se transforma en energía calorífica o térmica y calienta las balatas o los discos de los frenos.

El primero que hizo una prueba para medir la relación entre la energía mecánica y el calor fue el físico inglés James Prescott Joule, quien puso cierta cantidad de agua en un recipiente aislado térmicamente, dentro del agua colocó unas pequeñas palas y les enredó una cuerda de la cual colgaba un objeto de peso conocido. Cuando caía el objeto las palas giraban y agitaban el agua dentro del recipiente.

El objeto colgante estaba a cierta altura al principio, por lo cual tenía energía potencial almacenada que se podía calcular. Al caer, toda la energía potencial se convertía en energía calorífica que calentaba el agua. Por su trabajo, se estableció una nueva unidad de medida que, en su honor, tomó el nombre de Joule, y que actualmente sirve no solamente para medir energía, sino también trabajo y calor.

James Joule midió la energía calorífica que ganaba el agua con el movimiento de las palas y estableció que:

A este valor se le conoce como equivalente mecánico del calor y corresponde a una caloría.

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Hablando del cuerpo humano, sabemos que las calorías son unidades de energía. Como la energía se conserva, el cuerpo debe obtenerla de algún lado para poder realizar cualquier actividad. Tu cuerpo está constantemente consumiendo y gastando energía. Así, el término caloría es muy importante en las etiquetas de los productos alimenticios.

En el alimento, se almacena energía química que proviene de los enlaces entre los átomos y las moléculas. Esta energía la obtienes de los carbohidratos, grasas y proteínas que se transfieren a tu organismo por medio de la digestión; se gasta cuando el cuerpo efectúa diversas funciones vitales, como respirar, hacer latir tu corazón y mantenerlo a cierta temperatura, y cuando realizas cualquier actividad, como correr, jugar, estudiar, etcétera.

Es muy importante que tu cuerpo obtenga tantas calorías como las que gasta para que no haya una descompensación. Se supone que la energía que gasta una joven de 18 años en un día promedio es de alrededor de 2200 kcal (1 kilocaloría = 1000 calorías) , así que tiene que tratar de consumir esa cantidad.

El calor es la energía que se transfiere de un cuerpo a otro debido a una diferencia de temperatura. Para medirlo se requiere de un segundo cuerpo para medir el cambio de temperatura, este puede ser agua, la mano, el termómetro, alcohol, cobre, etcétera, pero debe tener cierta capacidad para absorber calor. A la propiedad de absorber calor por unidad de masa se le llama capacidad térmica específica o calor específico.

La cantidad de calor que fluye de un cuerpo a otro es cuantificable y es directamente proporcional a la masa del segundo cuerpo. Esto se puede expresar en la siguiente ecuación matemática:

$$\Delta Q=mC_e \Delta T$$

En esta ecuación la letra $Delta$ significa incremento, $Q$ es calor medido en calorías, $C_e$, es calor específico equivale a una caloría por unidad de temperatura y por unidad de masa, $m$ es masa en gramos y $\Delta T$ es incremento de temperatura en grados celsius.

Para ver qué tipo de gráfica tiene le das valores a la masa y calculas el valor del calor. En este caso considera que el incremento de temperatura es constante de 1 grado centígrado y el valor de $C_e\Delta T$ es constante con un valor de 1.5 calorías por gramo por grado celsius.

La interpretación es que cuando aumenta una variable la otra también lo hace en la misma proporción. De manera inversa sucede lo mismo: si una disminuye la otra también lo hace en la misma proporción. Cuando esto sucede obtienes una línea recta de pendiente positiva cuando ambas variables aumentan (como en la figura) o de pendiente negativa en caso de que ambas disminuyan. Así se representa una proporción directa.

De esto puedes deducir que para medir cantidades de calor necesitas considerar los tres elementos siguientes:

• El calor específico $C_e$
• La masa del cuerpo $m$
• El cambio de temperatura $\Delta T =T_f – T_i$ donde $T_f$ es la temperatura final y $T_i$ es la temperatura inicial.

Finalmente, considera que el calor específico es una propiedad intrínseca de la materia, y que a mayor $C_e$ se requiere más calor para lograr el aumento de la temperatura. Entre algunas sustancias comunes, por ejemplo, el agua tiene un $C_e$ de 1, el concreto de 0.22 y el plomo de -031. Recuerda que las unidades del calor específico son calorías por unidad de temperatura por unidad de masa.

El siguiente video explica las formas de transferencia del calor que son conducción, convección y radiación

La conducción es la propagación de calor entre dos cuerpos a diferente temperatura debido a la agitación térmica de las moléculas sin que estas se desplacen.

La convección es la transmisión de calor por movimiento real de las moléculas de una sustancia.

La radiación a la transmisión de calor entre dos cuerpos sin que entre ellos exista contacto ni conexión por otro sólido conductor.

Autoevaluación

Es importante que veas ejemplos para ilustrar la cuantificación del calor. Los puedes realizar en casa.

1. Coloca medio litro de agua en una jarra de tal manera que al medir la temperatura inicial tengas 20 °C. Introduce la mano por un tiempo de tres minutos para que el agua alcance una temperatura de 21 °C. Debido a que hay un aumento de temperatura, calcula el calor que aporta la mano a medio litro de agua.

2. ¿Cuántos Joules de energía requieres para elevar la temperatura de un anillo de oro de 100 g de 20 °C a 100 °C?

3. Si a un 1 l de agua (equivaente a 1000 g) que está a 20 °C le suministras 10 000 cal, ¿cuál será el cambio de temperatura que sufra?, ¿qué temperatura final alcanzará?

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