el del para otras aplicaciones, considera el calentar (desambiguación)

En la física, el calor, simbolizado por el Q, es la energía transferida a partir de un sistema del cuerpo o a otro debido a una diferencia en la temperatura . En termodinámica, el TdS de la cantidad se utiliza como medida representativa del calor, que es la temperatura absoluta de un objeto multiplicado por la cantidad diferenciada de la entropía de un sistema medida en el límite del objeto. El calor puede fluir espontáneo de un objeto con una temperatura alta a un objeto con una temperatura más baja. La transferencia del calor de un objeto, a otro objeto con una temperatura igual o más alta, sin embargo, puede suceder solamente con la ayuda de una pompa de calor . Los cuerpos des alta temperatura, que dan lugar a menudo a altas tasas del traspaso térmico, se pueden crear por las reacciones químicas (tal como que quema ), reacciones nucleares (tal como fusión que ocurre dentro Sun ), disipación electromágnetica (como en las estufas eléctricas, o la disipación mecánica (tal como fricción ). El calor se puede transferir entre los objetos por la radiación, la conducción y la convección . La temperatura se utiliza como medida de la energía interna o la entalpia, de que es el nivel de movimiento elemental que da lugar a traspaso térmico. El calor se puede transferir solamente entre los objetos, o las áreas dentro de un objeto, con diversas temperaturas (según lo dado por la ley de Zeroth de la termodinámica ), y entonces, en la ausencia de trabajo, solamente en la dirección del cuerpo más frío (según la ley segundo de la termodinámica ). La temperatura y la fase de una sustancia conforme a traspaso térmico son determinadas por el calor latente y la capacidad de calor . Un término relacionado es la energía termal, definida libremente como la energía de un cuerpo que aumente con su temperatura .

Descripción

La primera ley de la termodinámica indica que la energía de un sistema cerrado está conservada. Por lo tanto, para cambiar la energía de un sistema, la energía se debe transferir a o desde el sistema. El calor y el trabajo son los únicos dos mecanismos por los cuales la energía se puede transferir a o desde un calor de Massachusetts del control es la transferencia de la energía causada por la diferencia de la temperatura. La unidad para la cantidad de energía transferida por el calor en el sistema internacional de las unidades SI es el julio (j), aunque la unidad termal británica y la caloría todavía se utiliza de vez en cuando en los Estados Unidos. La unidad para el índice de traspaso térmico es el vatio (W = J/s).

El traspaso térmico es una función de trayectoria (cantidad de proceso ), en comparación con una función (cantidad del punto del estado). Caudales caloríficos entre los sistemas que no están en equilibrio termal con uno a; fluye espontáneo de las áreas de la alta temperatura a las áreas de la baja temperatura. Cuando dos cuerpos de diversa temperatura entran en el contacto termal, intercambiarán energía interna hasta que se igualen sus temperaturas; es decir, hasta que alcancen el equilibrio termal . El caliente del adjetivo se utiliza como un término relativo para comparar la temperatura del objeto a la de los alrededores (o a la de la persona que usa el término). El calor del término se utiliza para describir el flujo de energía. En la ausencia de interacciones del trabajo, el calor que se transfiere a un objeto termina para arriba conseguir almacenado en el objeto bajo la forma de energía interna.

El calor específico se define como la cantidad de energía que tenga que ser transferida a o desde una unidad de la masa o el topo de una sustancia para cambiar su temperatura por un grado . El calor específico es una característica, así que significa que depende de la sustancia considerada y de su estado según lo especificado por sus características. El aprovisiona de combustible cuando está quemado, lanza mucha de la energía en los vínculos químicos de sus moléculas. Sobre el cambio a partir de una fase a otra, una sustancia pura lanza o absorbe calor sin su cambio de la temperatura. La cantidad de traspaso térmico durante un cambio de fase se sabe como el calor latente y depende sobre todo de la sustancia y de su estado.

Energía termal

La energía termal es un término confundido a menudo con el del calor. Libremente hablando, cuando el calor se agrega a un sistema termodinámico sus aumentos de la energía termal y cuando se retira el calor su energía termal disminuye. En este punto de vista, los objetos que son calientes se refieren como estando en la posesión de una gran cantidad de energía termal, mientras que los objetos fríos poseen poca energía termal. La energía termal entonces a menudo se define equivocadamente como siendo sinónimo para el calor de la palabra. Éste, sin embargo, no es el caso: un objeto no puede poseer calor, sino solamente energía. La energía termal del término cuando está utilizada en la conversación no se utiliza a menudo en un sentido terminantemente correcto, sino es más probable ser utilizada solamente como palabra descriptiva. En la física y termodinámica, las palabras “calor”, “energía interna ”, “trabajo ”, " " de la entalpia ; (contenido de calor), " " de la entropía ;, " el externo fuerza el quot de ;, el etc., que se puede definir exactamente, es decir sin recurso a los movimientos atómicos internos y las vibraciones, tender a ser preferred y utilizaron más a menudo que la energía termal del término, que es difícil de definir.

Historia artículo principal del del de

: Historia del calor . En la historia de la ciencia, la historia del del calor remonta sus orígenes de los primeros homínidos para hacer el para encender y para especular en su operación y significado a los físicos modernos de la partícula del día que estudian la naturaleza subatómica del calor. En fin, el fenómeno del calor y de su definición se desarrolló de teorías mitológicas del fuego, al calor, a los pinguis de la tierra, Phlogiston, al aire del fuego, al calórico, a la teoría del calor, al equivalente mecánico del calor, a la termodinámica (a veces llamado la energética ) a la termodinámica . La historia del calor, entonces, es un precursor para los progresos y las teorías en la historia de la termodinámica .

Notación

La cantidad total de energía transferida con traspaso térmico se abrevia convencionalmente como Q . La convención convencional de la muestra es ésa cuando un cuerpo lanza calor en sus alrededores,   del Q ; <   0 (-); cuando un cuerpo absorbe calor de sus alrededores,   del Q ; >   0 (+). La tarifa de traspaso térmico del, o el flujo del calor por tiempo de unidad, se denota cerca: ¡

$\backslash \; punto\; \{Q\}\; =\; \{dQ\; \backslash \; sobre\}\; \backslash ,\; \backslash !\; de\; despegue$.

Se mide en vatios que el flujo de calor del de se define como índice de traspaso térmico por superficie transversal de la unidad, y es el denotado q del, dando por resultado unidades de vatios por metro cuadrado, aunque convenciones levemente diversas de la notación pueden ser utilizadas.

Entropía

En 1854, el alemán Rudolf Clausius del físico definió el teorema en segundo lugar fundamental (la ley del segundo de la termodinámica ) en la teoría mecánica del calor (termodinámica ): " si dos transformaciones que, sin la necesidad de ningún otro cambio permanente, pueden substituir mutuamente uno otro, se llamen equivalente, después las generaciones de la cantidad del Q del calor del trabajo en el T de la temperatura, tienen el equivalencia-valor del : " $del$

l \ frac {Q} {T}

En 1865, él vino definir este cociente como entropía simbolizado por el S, tal que, para un sistema cerrado, inmóvil: $del$

l \ = \ frac {Q} {T} del delta S

y así, por la reducción, las cantidades del δQ (un diferencial inexacto del del calor) se definen como cantidades del TdS (un diferencial exacto ): $\backslash \; delta\; del$

l Q = T dS \,

Es decir el S de la función de la entropía facilita la cuantificación y la medida del calor atraviesa un límite termodinámico .

Definiciones

En términos modernos, el calor se define sucinto como energía en tránsito. El maxwell escocés del vendedor de James del físico, en su teoría del de 1871 obras clásicas del calor, era uno del primer para declarar una definición moderna del “calor”. En fin, el maxwell contorneó cuatro estipulaciones en la definición del calor. Uno, es “algo que se puede transferir a partir de un cuerpo a otro”, según la ley segundo de la termodinámica . Dos, puede ser hablado como de “cantidad mensurable”, y de ésta tratada matemáticamente como otras cantidades mensurables. Tercero, “puede el no ser tratado como sustancia”; para él se puede transformar en algo que no es una sustancia, e. el trabajo mecánico . Pasado, es “una de las formas de la energía ”. Similar tales definiciones modernas, sucintas del calor son como sigue:

en un sentido termodinámico, calor nunca se mira como siendo almacenado dentro de un cuerpo. Como trabajo, existe solamente como energía del en el tránsito a partir de un cuerpo a otro; en terminología termodinámica, entre un sistema y sus alrededores. Cuando la energía bajo la forma de calor se agrega a un sistema, se almacena no como calor pero como energía cinética y potencial de los átomos y de las moléculas que componen el sistema.
el calor del

se define como cualquier flujo espontáneo de energía a partir de un objeto a otro, causado por una diferencia en temperatura entre dos objetos.
el calor del

se puede definir como energía del en el tránsito de un objeto de alta temperatura a un objeto de una temperatura más baja.
el calor del

es una interacción entre dos sistemas cerrados sin el intercambio de trabajo es una interacción pura del calor cuando los dos sistemas, aislados inicialmente y en un equilibrio estable, se ponen en contacto. La energía intercambiada entre los dos sistemas entonces se llama calor.
el calor del

es una forma de energía poseída por una sustancia en virtud del movimiento vibratorio, es decir energía cinética, de sus moléculas o átomos.
el calor del

es la transferencia de la energía entre las sustancias de diversas temperaturas.

Termodinámica

Energía interna

El calor es relacionado con el $U$ de la energía interna hecho del $W\; del\; sistema\; y\; del\; trabajo\; por\; el\; sistema\; por\; la\; primera\; ley\; de\; la\; termodinámica\; :$ \backslash \; delta\; del\; U\; =\; Q\; -\; W\; \backslash $cuál\; significa\; que\; la\; energía\; del\; sistema\; puede\; cambiar\; vía\; trabajo\; o\; vía\; caudales\; caloríficos\; a\; través\; del\; límite\; del\; sistema\; termodinámico\; .\; Más\; detalladamente,\; la\; energía\; interna\; del\; es\; lasumade\; todas\; las\; formas\; de\; energía\; microscópicas\; de\; un\; sistema.\; Se\; relaciona\; con\; la\; estructura\; molecular\; y\; el\; grado\; de\; actividad\; molecular\; y\; puede\; ser\; visto\; como\; la\; suma\; de\; energías\; cinéticas\; y\; potenciales\; de\; las\; moléculas;\; abarca\; los\; tipos\; siguientes\; de\; energías:$

Capacidad de calor

Para un sistema compresible simple tal como un gas ideal dentro de un pistón, los cambios en entalpia y la energía interna se pueden relacionar con la capacidad de calor en la presión y el volumen constantes respectivamente. obligado para tener volumen constante, el calor, $Q$, requerido para cambiar su temperatura de una temperatura inicial, T ₀, a una temperatura final, el T_f se da cerca: ¡$Q\; del$

l = \ ^ del int_ {T_0} {T_f} C_v \, despegue = \ delta U \, \!

Quitando el constreñimiento y permitir del volumen que el sistema se amplíe o contrate en la presión constante: ¡$Q\; del$

l = \ \ delta U + \ ^ del int_ {V_0} {V_f} P \, dV = \ \ delta H = \ ^ del int_ {T_0} {T_f} C_p \, despegue \, \!

Para las sustancias incompresibles, tales como sólidos y líquidos que la distinción entre los dos tipos de capacidad de calor desaparece como ningún trabajo se realiza. La capacidad de calor es una cantidad extensa y pues tal es dependiente en el número de moléculas en el sistema. ¡Puede ser representada como el producto de la masa, de $m$, y de la capacidad de calor específico, $c\_s\; \backslash ,\; \backslash !$ según: ¡$C\_p\; del$

l = mc_s \, \!

¡o es dependiente en el número de los topos y de la capacidad de calor molar, $c\_n\; \backslash ,\; \backslash !$ según: ¡$C\_p\; =\; nc\_n\; del$

l \, \!

Las capacidades de calor molar y específico son dependientes sobre los grados de libertad internos del sistema y no en cualquier característica externa tal como volumen y número de moléculas.

El específico calienta de los gases monatomic (e., helio) es casi constante con temperatura. Los gases diatómicos tales como hidrógeno todavía exhiben una cierta dependencia de la temperatura, y los gases triatómicos (e., dióxido de carbono) más.

En líquidos en las temperaturas suficientemente bajas, los efectos de quántum llegan a ser significativos. Un ejemplo es el comportamiento de los bosones tal como helium-4. Para tales sustancias, el comportamiento de la capacidad de calor con temperatura es discontinuo en el punto de la condensación de Bose-Einstein.

El comportamiento del quántum de sólidos es caracterizado adecuado por el modelo de Debye . En las temperaturas bien debajo de la temperatura característica de Debye de un enrejado sólido, su calor específico será proporcional al cubo de la temperatura absoluta. Para los metales a baja temperatura, un segundo término es necesario explicar el comportamiento de los electrones de la conducción, un ejemplo de las estadísticas de Fermi-Dirac.

Cambios de la fase

El punto de ebullición del agua, en el nivel del mar y presión atmosférica normal y temperatura, será siempre en el °C casi 100 no importa cómo se agrega mucho calor. El calor adicional cambia la fase del agua de líquido en el vapor de agua . El calor agregó para cambiar la fase de una sustancia de esta manera reputa el " ocultado, " y así se llama el calor latente (del " latino del significado del latere ; para mentir hidden"). El calor latente es el calor por la masa de unidad necesaria cambiar el estado de una sustancia dada, o: ¡

$L\; =\; \backslash \; frac\; \{Q\}\; \{\backslash \}\; \backslash ,\; \backslash !\; del\; delta\; m$

y $Q\; del$

l = \ ^ del int_ {M_0} {M} L \, dm.

Observar que como la presión aumenta, se levanta el L levemente. Aquí, $M\_o$ es la cantidad de la masa inicialmente en la nueva fase, y el M es la cantidad de masa que termine para arriba en la nueva fase. También, el L no depende generalmente de la cantidad de masa que cambie fase, así que la ecuación puede ser escrita normalmente: $Q\; del$

l = L \ delta m.

A veces el L puede ser dependiente del tiempo si la presión y el volumen están cambiando con tiempo, para poder escribir el integral como: = \ internacional L \ frac {dm} {despegue} dt. del $Q\; del$

l

Mecanismos de traspaso térmico

considera también:

l traspaso térmico

Según lo mencionado previamente, el calor tiende a moverse desde una región da alta temperatura a una región de la baja temperatura. Este traspaso térmico puede ocurrir por los mecanismos de la conducción y de la radiación . En la ingeniería, la transferencia de calor de convección del término se utiliza para describir los efectos combinados de la conducción y del flujo flúido y se mira como tercer mecanismo del traspaso térmico.

Conducción

La conducción es los medios más significativos del traspaso térmico en un sólido. En una escala microscópica, la conducción ocurre como los átomos y las moléculas calientes, rápido de mudanzas o vibrantes obran recíprocamente con los átomos vecinos y las moléculas, transfiriendo algo de su energía (calor) a estos átomos vecinos. En los aisladores el flujo de calor es llevado casi enteramente por vibraciones del fonón . El " fluid" del electrón; un sólido metálico conductor conduce casi todo el flujo de calor a través del sólido. El flujo del fonón está todavía presente, pero lleva menos el de 1% de la energía. Los electrones también conducen la corriente eléctrica a través de los sólidos conductores, y el las conductividades eléctricas termales de y de la mayoría de los metales tiene cociente casi igual. Un buen conductor eléctrico, tal como cobre, generalmente también conduce calor bien. El efecto de Peltier-Seebeck exhibe la propensión de electrones a conducir calor a través de un sólido eléctricamente conductor. La termoelectricidad es causada por la relación entre los electrones, los flujos de calor y las corrientes eléctricas.

Convección

La convección es generalmente la forma dominante de traspaso térmico en líquidos y gases. Esto es un término usado para caracterizar los efectos combinados de la conducción y del flujo flúido. En la convección, la transferencia de la entalpia ocurre al lado del movimiento de las porciones calientes o frías del líquido junto con traspaso térmico por la conducción. Por ejemplo, cuando el agua es heated en una estufa, la agua caliente de la parte inferior de la cacerola se levanta, calentando el agua en la tapa de la cacerola. Dos tipos de convección son comúnmente distinguidos, la convección libre del, en la cual la impulsión de las fuerzas de la gravedad y de la flotabilidad el movimiento flúido, y forzó la convección, donde se utiliza un ventilador, el agitador, u otros medios de mover el líquido. El que la convección boyante de está debido a los efectos de la gravedad, y por lo tanto que no ocurre en ambientes de la microgravedad .

Radiación

La radiación es la única forma de traspaso térmico que puede ocurrir en la ausencia de cualquier forma de medio; así es los únicos medios del traspaso térmico con un vacío . La radiación termal es un resultado directo de los movimientos de átomos y de moléculas en un material. Desde estos átomos y moléculas se componen de partículas cargadas (los protones y los electrones, sus movimientos dan lugar a la emisión de la radiación electromágnetica, que lleva energía lejos de la superficie. Al mismo tiempo, la superficie es bombardeada constantemente por la radiación de los alrededores, dando por resultado la transferencia de la energía a la superficie. Puesto que la cantidad de radiación emitida aumenta con el aumento de temperatura, una transferencia de la energía neta de temperaturas más altas a temperaturas más bajas resulta

La energía que un cuerpo negro emite en las varias frecuencias es descrita por la ley de Planck. Hay un f_max de la frecuencia en el cual la energía emitida es un máximo. La ley de dislocación de Wien, y el hecho de que la frecuencia de la luz sea inverso proporcional a su longitud de onda en vacío, significan que el máximo f_max de la frecuencia es proporcional al T de la temperatura absoluta del cuerpo negro. La fotosfera del Sun, en una temperatura de aproximadamente 6000 K, emite la radiación principalmente en la porción visible del espectro. La atmósfera de tierra es en parte transparente a la luz visible, y la luz que alcanza la superficie de tierra se absorbe o se refleja. La superficie de tierra emite la radiación absorbente, aproximando el comportamiento de un cuerpo negro en 300 K con el pico espectral en el f_max . En estas frecuencias más bajas, la atmósfera es en gran parte opaca y la radiación de la superficie de tierra es absorbida o dispersada por la atmósfera. Aunque una cierta radiación se escapa en espacio, ha sido absorbida y re-emitida posteriormente por los gases atmosféricos. Es esta selectividad espectral de la atmósfera que es responsable del efecto de invernadero planetario

La bombilla común del hogar tiene un espectro el traslapar de los espectros del cuerpo negro del sol y de la tierra. Una porción de los fotones emitidos por un filamento de la bombilla del tungsteno en el 3000K está en el espectro visible. Sin embargo, la mayor parte de la energía se asocia a los fotones de longitudes de onda más largas; éstos no ayudarán a una persona a ver, sino todavía transferirán calor al ambiente, como puede ser deducido empírico observando una bombilla incandescente del hogar. Siempre que se emita y después se absorba la radiación del EM, se transfiere el calor. Este principio se utiliza en el corte del laser de los hornos microondas, y el retiro del pelo del RF.

Otros mecanismos de traspaso térmico

Calor latente : La transferencia del calor a través de un cambio físico en el medio tal como agua-a-hielo o agua-a-vapor implica energía significativa y se explota en gran medida: Motor de vapor, refrigerador etc. (véase el calor latente de la fusión )
Las pipas de calor usar calor latente y la acción capilar para mover el calor, pipas de calor pueden llevar muchas veces ḿas calor como una barra de cobre clasificada similar. Inventado original para el uso en los satélites, están comenzando a tener usos en los ordenadores personales

Disipación de calor

En climas fríos, casas con sus sistemas disipantes de la forma de los sistemas de calefacción. A pesar de esfuerzos para aislar tales casas para reducir pérdidas de calor a sus exteriores, el considerable calor se pierde, o se disipa, de ellos, que pueden hacer sus interiores incómodo fresco o frío. Para la comodidad de sus habitantes, el interior de una casa se debe mantener fuera de equilibrio termal con sus alrededores externos. En efecto, las residencias domésticas son oasis del calor en un mar de frío y el gradiente termal entre el interior y el exterior es a menudo absolutamente escarpado. Esto puede llevar a los problemas tales como condensación y bosquejos incómodos (bosquejos) que, si están idos unaddressed, puedan causar daño estructural a la característica. Esta es la razón por la cual las técnicas modernas del aislamiento se requieren para reducir pérdida de calor.

En tal casa, un termóstato es un dispositivo capaz de comenzar el sistema de calefacción cuando el interior de la casa cae debajo de una temperatura del sistema, y de parar eso se ha alcanzado el mismo sistema cuando otro (más alto) fijar la temperatura. Así el termóstato controla el flujo de energía en la casa, esa energía que es disipada eventual al exterior.

Zenithic

Jacopo Zucchi

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