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.
Los nutrientes son cualquier elemento o compuesto químico necesario para el metabolismo de un ser vivo. Es decir, los nutrientes son algunas de las sustancias contenidas en los alimentosque participan activamente en las reacciones metabólicas para mantener las funciones del organismo.
Vitaminas: Las vitaminas son
indispensables para promover reacciones vitales metabólicas, de mantenimiento y
de defensa. Intervienen en el proceso de crecimiento y recuperación.
Proteínas: Las proteínas tienen como
función principal formar las estructuras de los seres vivos, los huesos, los
músculos, la piel, el pelo, las uñas.
Hidratos De
Carbono: Los
hidratos de carbono proveen de energía y favorecen la acción de las proteínas.
Son sustancias orgánicas que contienen hidrógeno y oxígeno en la misma
proporción del agua. Este grupo de compuestos está formado principalmente por
azucares y almidones. Producen energía inmediata para el cuerpo.
Grasas Insaturadas: son liquidas a temperatura ambiente
y comúnmente se les conoce como aceites. Pueden ser, por ejemplo aceites de
oliva, girasol, maíz. Son las más beneficiosas para el cuerpo humano por sus
efectos sobre los lípidos plásticos y algunas contienen ácidos grasos que son
nutrientes esenciales, ya que el organismo no puede fabricarlo y el único modo
de conseguirlo es mediante ingestión directa.
Grasas
Saturadas:
Formadas mayoritariamente por ácidos grasos saturados. Aparecen por ejemplo en
el tocino, en el sebo, en las mantecas de cacao o cacahuete, etc. Este tipo de
grasas es sólido y a temperatura ambiente. Las grasas formadas por ácidos
grasos de cadena larga se consideran que elevan los niveles plasmáticos de
colesterol asociado a las lipoproteínas LD.
Minerales: Los minerales ayudan a
formar nuevos tejidos; suponen un 6% del paso total de un individuo y se localizan,
en su mayoría en el esqueleto en forma de fosfatos cálcicos. Los minerales son
por lo menos tan importantes como las vitaminas para lograr el mantenimiento
del cuerpo en perfecto estado de salud. Pero como el organismo no puede fabricarlos,
debe utilizar las fuentes exteriores de los mismos como son los alimentos, los
suplementos nutritivos, la respiración y la absorción a través de la piel.
Agua: El agua participa en la
digestión, en la lubricación de las articulaciones, en la regulación de la
temperatura corporal y es el medio de transporte del organismo. Cerca del 72%
de la masa libre de grasa del cuerpo humano está hecha de agua. Para su
adecuado funcionamiento nuestro cuerpo.
CLASIFICACIÓN DE LOS NUTRIENTES
Se clasifican en función de la cantidad en la que se encuentran en los alimentos (macronutrientes y micronutrientes), la función específica de cada uno (plásticos, energéticos y reguladores), del grado de energía (calorías) que proporcionan al ser metabolizados (utilizados) por el organismo (calóricos y acalóricos), y de la capacidad del organismo para fabricarlos (no esenciales) o dependencia del exterior para su correcta asimilación para el organismo (esenciales). Diariamente se necesitan unos 50 nutrientes en cantidades determinadas, encargados de suministrar los materiales necesarios para la construcción, mantenimiento, reparación, mantenimiento y regulación del organismo.
Se define como el mantenimiento de la temperatura corporal dentro un margen específico. Regula el calor, tanto su producción (termogénesis) como su pérdida (termólisis). Puede auto regular la temperatura corporal y también puede usarlo como síntomas para indicar alguna afección o anomalía en el organismo ya sea aumentando o disminuyendo la temperatura por medio de la vasodilatación o la vasoconstricción.
En otras palabras, es la homeostasis de la temperatura, la cuál implica el mantenimiento y equilibrio de la temperatura interna del cuerpo en niveles constantes.
El mantenimiento de la temperatura corporal es posible por la capacidad que tiene el cuerpo para poner en marcha una serie de mecanismos que favorecen el equilibrio entre la producción y la pérdida de calor. Cuando la producción de calor en el cuerpo es mayor a la velocidad a la que se está perdiendo, se acumula el calor dentro del cuerpo y aumenta la temperatura corporal. Al contrario, cuando la pérdida de calor es mayor, descienden el calor y la temperatura corporal.
La sensación de calor en nuestro cuerpo se manifiesta por la producción de sudor. El sudor es unasecreción quese produce en las glándulasecrinas distribuidas por todo el cuerpo que desembocan en los poros de la piel. El sudor se mezcla en la superficie de la piel con el sebo o grasa procedente de las glándulas sebáceas para dar lugar al manto hidrolipídico o emulsión epicutánea, responsable del buen funcionamiento y suavidad de la piel, así como del mantenimiento de una temperatura corporal constante, evitando una posible deshidratación.
Un proceso que transfiere agua desde el suelo de vuelta a la atmósfera es la evaporación. La evaporación es cuando el agua pasa de la fase líquida a la gaseosa. Los índices de evaporación del agua dependen de varios factores tales como la radiación solar, la temperatura, la humedad y el viento.
Cuando la temperatura ambiente está por encima de la corporal, entonces toda la transferencia del calor por radiación, conducción y convección se dirige hacia el interior del cuerpo en vez de hacia fuera. Puesto que debe haber una transferencia neta de calor hacia fuera, entonces el único mecanismo que le queda al cuerpo bajo esas condiciones es la evaporación de la transpiración de la piel y el enfriamiento por evaporación de esa transpiración.
Es un mecanismo de transmisión de calor en el que el intercambio se produce mediante la absorción y emisión de energía por ondas electromagnéticas, las cuales comprenden: radio ondas, ondas infrarrojas, luz visible, ondas ultravioletas y rayos X y γ; todas diferentes solamente en sus longitudes de ondas. por lo que no existe la necesidad de que exista un medio material para el transporte de la energía. El sol aporta energía exclusivamente por radiación.
Si la radiación emitida por un cuerpo se hace incidir sobre un prisma, se descompone en radiaciones monocromáticas cuyo conjunto se denomina “espectro”.
Conducción
La conducción es la manera de transferir calor desde una masa de temperatura más elevada a otra de temperatura inferior por contacto directo. El coeficiente de conducción de un material mide la capacidad del mismo para conducir el calor a través de la masa del mismo. Los materiales aislantes tienen un coeficiente de conducción pequeño por lo que su capacidad para conducir el calor es reducida, de ahí su utilidad
Convección
La transmisión de calor por convección es un intercambio de calor entre el aire y una masa material que se encuentran a diferentes temperaturas. El transporte del calor se produce por movimientos naturales debidos a la diferencia de temperaturas, el aire caliente tiende a subir y el aire frío baja, o bien mediante mecanismos de convección forzada.
Los seres humanos sólo pueden
sobrevivir dentro de un rango muy estrecho de temperaturas al igual que otros
mamíferos y aves que tienen que mantener su temperatura corporal constante en
todo momento, alrededor de 37 ° C. A sólo cinco grados demasiado alta o baja
sería una condición peligrosa.
Entre otras funciones la temperatura mantiene el equilibrio
de los líquidos y sólidos disueltos en la sangre por ejemplo el colesterol
tiende a depositarse en las paredes de las arterias si se baja la temperatura.
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.
Calorimetría Rama de la termodinámica que mide la cantidad de energía generada en procesos de intercambio de calor.
Es sabiendo que, para calentar un cuerpo o una sustancia cualquiera, debemos exponerla a la acción del calor o bien al contacto con otro cuerpo o medio que se encuentre a mayor temperatura que él.
Ocurre entonces que, si los líquidos de dos recipientes que están a distinta temperatura se ponen en contacto (se mezclan), alcanzan un estado térmico común. Explicamos este fenómeno diciendo:
El cuerpo más caliente cede calor al más frío.
El más frío recibe o absorbe calor del más caliente.
Por ello diremos:
El calor es lo que absorbe (o cede) un cuerpo para aumentar (o disminuir) su temperatura.
A fin de obtener una idea más precisa de calor, recordemos que, por acción del calor,
Se dilatan los cuerpos, originando fuerzas de tracción de suma importancia.
Se funden sólidos.
El vapor de agua da una caldera aumenta la presión y esto provoca el movimiento de los émbolos de una locomotora.
Estos ejemplos manifiestan que el calor puede originar trabajo o trasformarse en él.
Cuando se infla el neumático de la bicicleta o se martilla un clavo, notamos que el tuvo del inflador o la cabeza del clavo se han calentado; es que el calor es una forma de energía.
Por lo tanto podríamos expresar que:
El calor es una forma de energía capaz de calentar los cuerpos.
Parte de la termología que estudia la medición de la temperatura.Parte de la meteorología que estudia la acción del calor sobre la atmósfera.
La termometría se encarga de la medición de la temperatura de cuerpos o sistemas. Para este fin, se utiliza el termómetro, que es un instrumento que se basa en el cambio de alguna propiedad de la materia debido al efecto del calor; así se tiene el termómetro de mercurio y de alcohol, que se basan en la dilatación, los termopares que deben su funcionamiento al cambio de la conductividad eléctrica, los ópticos que detectan la variación de la intensidad del rayo emitido cuando se refleja en un cuerpo caliente.
