Transferencia de energía térmica y equilibrio térmico

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La energía térmica se transfiere de un cuerpo con mayor temperatura (más caliente) a otro con menor temperatura (más frío). En otras palabras, disminuye la energía interna del cuerpo con mayor temperatura y aumenta la del cuerpo con menor temperatura.

La transferencia de energía se mantiene hasta que las temperaturas de ambos cuerpos se igualan. Cuando esto sucede, se dice que ambos cuerpos se encuentran en equilibrio térmico.

Para medir la temperatura de un cuerpo se emplean los termómetros, instrumentos que se basan en lo descrito. Cuando se usa un termómetro, este se pone en contacto con el cuerpo al que se requiere medir la temperatura hasta que ambos llegan al equilibrio térmico.

El primer termómetro fue desarrollado por el astrónomo italiano Galileo Galilei (1564-1642); posteriormente, se creó el termómetro de mercurio, uno de los más usados a lo largo de la historia. En la actualidad hay muchos tipos de termómetros, como los que detectan el calor del cuerpo a distancia, llamados infrarrojos.

En la imagen se observa el funcionamiento de un termómetro de mercurio; para que este mida la temperatura de una persona tiene que estar en contacto con ella. Cuando esto sucede hay una transferencia de calor de la persona al termómetro hasta alcanzar la misma temperatura.

La temperatura indica qué tan caliente o frío está un objeto. Por ejemplo, si se acerca la mano a la estufa encendida, se dice que está caliente o que tiene una temperatura alta; y cuando se toca un cubo de hielo, se dice que esta es baja.

Los términos caliente o frío no son exactos, ya que lo que siente la piel no es la temperatura, sino la transferencia de calor que llega a la mano. Esto se puede demostrar con un simple experimento.

Explicación de los esquemas

Esquema superior: muestra dos cuerpos, A (mayor temperatura) y B (menor temperatura), separados por una línea punteada. Las flechas indican que la energía térmica se transfiere de A hacia B. Las partículas del cuerpo A tienen mayor energía cinética (flechas más largas) que las del cuerpo B.

Esquema inferior: representa dos recipientes con agua. En el primero, el recipiente izquierdo está a mayor temperatura que el derecho y el calor fluye del caliente al frío. En el segundo, ambos recipientes alcanzan la misma temperatura: se ha llegado al equilibrio térmico.

Conceptos clave

• Energía térmica: energía interna asociada al movimiento de las partículas de un cuerpo.
• Temperatura: magnitud que indica qué tan caliente o frío está un objeto.
• Equilibrio térmico: estado en el que dos cuerpos en contacto alcanzan la misma temperatura.
• Calor: transferencia de energía térmica entre cuerpos a diferente temperatura.
• Termómetro: instrumento que mide la temperatura basándose en el equilibrio térmico.

Respuesta a la actividad implícita

La página invita a comprobar que lo que sentimos como caliente o frío no es la temperatura, sino la transferencia de calor. Un experimento sencillo consiste en introducir una mano en agua tibia y la otra en agua con hielo durante un minuto; luego, ambas manos en un recipiente con agua a temperatura ambiente. La mano que estuvo en el hielo sentirá el agua tibia y la que estuvo en agua caliente la sentirá fría, aunque la temperatura del agua es la misma. Esto demuestra que la sensación térmica depende de la transferencia de calor y no de la temperatura absoluta.