En termodinámica, la entropía (simbolizada como S) es una magnitud física que, mediante cálculo, permite determinar la parte de la energía que no puede utilizarse para producir trabajo. Es una función de estado de carácter extensivo y su valor, en un sistema aislado, crece en el transcurso de un proceso que se dé de forma natural. La entropía describe lo irreversible de los sistemas termodinámicos.
La Entalpía es la cantidad de energía de un sistema termodinámico que éste puede intercambiar con su entorno. Por ejemplo, en una reacción quimica a presion constante, el cambio de entalpía del sistema es el calor absorbido o desprendido en la reacción. En un cambio de fase, por ejemplo de líquido a gas, el cambio de entalpía del sistema es el calor latente, en este caso el de vaporización. En un simple cambio de temperatura, el cambio de entalpía por cada grado de variación corresponde a la capacidad calorífica del sistema a presión constante. El término de entalpía fue acuñado por el físico alemán Rudolf J.E. Clausius en 1850. Matemáticamente, la entalpía H es igual a U + pV, donde U es la energía interna, p es la presión y V es el volumen. H se mide en julios.
H = U + pV
Cuando un sistema pasa desde unas condiciones iniciales hasta otras finales, se mide el cambio de entalpía ( Δ H).
Cuando se produce una transferencia de Calor, se intercambia energía en forma de calor entre distintos cuerpos, o entre diferentes partes de un mismo cuerpo que están a distinta temperatura.No confundir calor con temperatura: calor es la energía que poseen los cuerpos y temperatura es la medición de dicha energía.El calor puede transmitirse por radiación, propagarse por conducción o desplazarse por convección.El calor se puede transferir mediante convección, radiación o conducción.Aunque estos tres procesos pueden ocurrir al mismo tiempo, puede suceder que uno de los mecanismos predomine sobre los otros dos. Por ejemplo, el calor se trasmite a través de la pared de una casa fundamentalmente por conducción, el agua de una cacerola situada sobre un quemador de gas se calienta en gran medida por convección, y la Tierra recibe calor del Sol casi exclusivamente por radiación.
Calor de conducción
En los sólidos el calor se transfiere por conducción. Si calentamos el extremo de una varilla metálica, después de cierto tiempo percibimos que la temperatura del otro extremo asciende, o sea, el calor se transmitió hasta el extremo opuesto por conducción. Se cree que esta forma de transferencia de calor se debe, en parte, al movimiento de los electrones libres que transportan energía cuando existe una diferencia de temperatura entre dos puntos del objeto. Esta teoría explica, especialmente en el caso de los metales, por qué los buenos conductores del calor. La plata, el oro y el cobre conducen bien el calor, o sea, tienen conductividades térmicas elevadas, pero la madera, el vidrio y el amianto tienen conductividades cientos e incluso miles de veces menores y se conocen como aislantes térmicos.
Calor por convección
Si provocamos una diferencia de temperatura dentro de una masa líquida o gaseosa se producirá un movimiento del fluido que transfiere calor por convección de la parte más caliente hacia la menos caliente. Esta transferencia cesará cuando toda la masa del fluido haya alcanzado igual temperatura. A este movimiento contribuye la diferencia de densidad del fluido, ya que cuando una porción de este se calienta su densidad suele disminuir y asciende, mientras que el fluido más frío y más denso desciende con lo que con lo que se inicia el movimiento circulatorio que permite la homogenización de la temperatura. Por eso los acondicionadores y refrigeradores de aire deben instalarse cerca del techo y los radiador de calor a poca altura del piso de la habitación. Las corrientes de convección hacen que una sustancia tan mala conductora como el agua se calienta relativamente rápido. Estas también originan las brisas marinas, ya que al incidir los rayos del sol sobre la tierra, esta se calienta más rápido que los océanos y mares, ello hace que el aire sobre la superficie de la tierra se caliente más rápido, ascienda y el aire sobre la superficie del mar ocupe su lugar.
Calor de radiación
La propagación del calor por radiación presenta una diferencia fundamental respecto a la conducción y la convección: las sustancias que intercambian calor no tienen que estar en contacto, sino pueden estar separadas aún por el vacío. La radiación es un término que se aplica genéricamente a toda clase de fenómenos relacionados con lasondas electromagnéticas. La radiación transfiere calor por radiación electromagnética (en especial infrarroja) y es el principal mecanismo mediante el cual el Sol calienta a la Tierra. En las montañas, cuando el sol asciende por el horizonte, se percibe el calor tan pronto como el sol se hace visible. A este calor, se le denomina calor radiante y está constituido por ondas electromagnéticas con longitud de onda un poco mayor que la del espectro visible y que también viajan a la velocidad de la luz. A estas se les denomina rayos infrarrojos y son invisibles al ojo humano. Un ejemplo común de la propagación del calor por radiación lo constituyen las hogueras utilizadas como medio de calefacción en los hogares. Contrario a la creencia generalizada, el calor que llega a la habitación desde la chimenea es casi todo en forma de radiación infrarroja emitida por las llamas, brazas y paredes calientes.
La Temperatura es una propiedad de la materia que está relacionada con la sensación de calor o frío que se siente en contacto con ella. Cuando tocamos un cuerpo que está a menos temperatura que el nuestro sentimos una sensación de frío, y al revés de calor. Sin embargo, aunque tengan una estrecha relación, no debemos confundir la temperatura con el calor. Cuando dos cuerpos, que se encuentran a distinta temperatura, se ponen en contacto, se produce una transferencia de energía, en forma de calor, desde el cuerpo caliente al frío, esto ocurre hasta que las temperaturas de ambos cuerpos se igualan. En este sentido, la temperatura es un indicador de la dirección que toma la energía en su tránsito de unos cuerpos a otros.
Escalas Actualmente se utilizan tres escalas para medir al temperatura, la escala Celsius es la que todos estamos acostumbrados a usar, la Fahrenheit se usa en los países anglosajones y la escala Kelvinde uso científico.
Nombre
Símbolo
Temperaturas de referencia
Equivalencia
Escala Celsius
ºC
Puntos de congelación (0ºC) y ebullición del agua (100ºC)
Escala Fahrenhit
ºF
Punto de congelación de una mezcla anticongelante de agua y sal y temperatura del cuerpo humano.
ºF = 1,8 ºC + 32
Escala Kelvin
K
Cero absoluto (temperatura más baja posible) y punto triple del agua.
El calorse define como la transferencia deenergía térmicaque se da entre diferentescuerposo diferentes zonas de un mismo cuerpo que se encuentran a distintastemperaturas, sin embargo en termodinámica generalmente el término calor significa transferencia de energía. Este flujo de energía siempre ocurre desde el cuerpo de mayor temperatura hacia el cuerpo de menor temperatura, ocurriendo la transferencia hasta que ambos cuerpos se encuentren enequilibrio térmico(ejemplo: una bebida fría dejada en una habitación se entibia).
La energía calórica o térmica puede ser transferida por diferentes mecanismos de transferencia, estos son la radiación, laconducción y la convección, aunque en la mayoría de los procesos reales todos se encuentran presentes en mayor o menor grado. Cabe resaltar que los cuerpos no tienen calor, sino energía térmica. La energía existe en varias formas. En este caso nos enfocamos en el calor, que es el proceso mediante el cual la energía se puede transferir de un sistema a otro como resultado de la diferencia de temperatura.
El trabajo es la condición fundamental de toda la vida humana. Es la condición misma del desarrollo del hombre a lo largo de su historia. El trabajo no es solamente un medio para producir bienes o riquezas tomándola de la historia. Es el motor que crea al hombre lo desarrolla , impulsa sus habilidades y capacidades, su inteligencia, así como su cultura.
En la industria, el trabajo tiene una gran variedad de funciones, en la minería y en la agricultura; también hay producción en el sentido amplio del término, o transformación de materias primas en objetos útiles para satisfacer las necesidades humanas; distribución, o transporte de los objetos útiles de un lugar a otro, en función de las necesidades humanas; las operaciones relacionadas con la gestión de la producción, como la contabilidad y el trabajo de oficina; y los servicios, como los que producen los médicos o los profesores.
La energía es la capacidad para realizar un trabajo. De las seis formas de energía existentes, nos ocuparemos de dos formas en especial: la mecánica y la química. En el tenis, cuando movemos una raqueta para golpear la pelota, se realiza trabajo mecánico, lo mismo que en el béisbol, golf u otros deportes que utilicen implementos parecidos. De igual manera, se puede realizar trabajo mecánico desplazando el centro de gravedad del cuerpo en dirección frontal, como es el caso de una carrera. La energía asociada con el movimiento se denomina energía cinética. La energía de un objeto asociada a la posición que este ocupa en el espacio, como ocurre en un arco extendido y al sostenerlo a un nivel superior en contra de la fuerza de gravedad es la energía potencial.
La energía química representa igualmente una fuente de energía potencial. Por ejemplo, en el cuerpo humano los alimentos se degradan mediante reacciones químicas liberando energía que a su vez se utiliza para sintetizar otros componentes químicos. Estos últimos compuestos son considerados como ricos en energía y al degradarse liberan la energía contenida en los enlaces químicos de su estructura y dicha energía es utilizada por los músculos esqueléticos para realizar trabajo mecánico. Los músculos convierten en energía mecánica sólo una parte de la energía química contenida en los alimentos consumidos.
