Created by: roberto.c.alfredo on Jul 16, 2025, 3:22 AM
1. ¿Calor o temperatura? 🌡️🍵
Tu taza de café “tiene” temperatura (estado) pero “pierde” calor (energía) hacia el aire.
Definiciones rápidas
- Calor \(Q\) [J]: energía que se transfiere cuando hay diferencia de temperatura.
- Temperatura \(T\) [K]: parámetro que indica el sentido del flujo de \(Q\).
2. Ley cero: el termómetro se vuelve juez ⚖️
Si \(A\) está en equilibrio térmico con \(B\) y \(B\) con \(C\) \(\Rightarrow\) \(A\) con \(C\).
Garantiza que podemos asignar un mismo número \(T\) a todos los cuerpos en equilibrio y, por tanto, construir escalas reproducibles.
3. De Fahrenheit a Kelvin 📏
| Escala | Fusión agua | Ebullición | Cero absoluto |
|---|---|---|---|
| Fahrenheit | \(32\;^\circ\!F\) | \(212\;^\circ\!F\) | \(-459{,}67\;^\circ\!F\) |
| Celsius | \(0\;^\circ\!C\) | \(100\;^\circ\!C\) | \(-273{,}15\;^\circ\!C\) |
| Kelvin | \(273{,}15\;K\) | \(373{,}15\;K\) | \(0\;K\) |
Dato cultural: Galileo usó vino tintado como “fluido sensible” en el primer termoscopio (s. XVII). 🍇
4. Capacidad calorífica y calor específico 🔥
Para un cuerpo de masa \(m\):
\[ Q = m\,c\,\Delta T \]
Ejemplos
- Agua: \(c = 4{,}18\;\text{kJ kg}^{-1}\text{K}^{-1}\) → gran refrigerante.
- Aluminio: \(c \approx 0{,}90\;\text{kJ kg}^{-1}\text{K}^{-1}\) → se calienta / enfría rápido.
5. Equipartición y el gas ideal ⚛️
Para un gas monoatómico ideal:
\[ \langle E_k \rangle = \tfrac{3}{2}k_B T, \qquad U = \tfrac{3}{2}N k_B T . \]
La temperatura mide la energía cinética media por grado de libertad.
6. Radiación térmica y Stefan–Boltzmann ☀️
Potencia emitida por unidad de área:
\[ P = \sigma\,\varepsilon\,T^{4}, \]
donde
| Símbolo | Significado | Valor / Rango |
|---|---|---|
| \(\sigma\) | Const. Stefan–Boltzmann | \(5{,}67\times10^{-8}\;\text{W m}^{-2}\text{K}^{-4}\) |
| \(\varepsilon\) | Emisividad | \(0 \le \varepsilon \le 1\) |
Ejemplo: un filamento a \(2800\;K\) irradia \(\approx 2{,}4\) × más que a \(2300\;K\).
7. Punto de ebullición de la relatividad: Hawking 🌋
Un agujero negro de masa \(M\) se comporta como cuerpo negro:
\[ T_H = \frac{\hbar c^{3}}{8\pi G k_B M}. \]
Más pequeño \(M\) ⇒ mayor \(T_H\).
8. Experimentos de cocina y laboratorio 👩🍳🧪
Ley de enfriamiento de Newton (objeto “lumped”, ver bloque siguiente):
\[ \frac{dT}{dt} = -k^{*}\,\bigl(T - T_{\text{amb}}\bigr), \qquad k^{*} = \frac{hA}{mc}. \]
Termopar (efecto Seebeck): \(\Delta T \rightarrow \) voltaje medible.
9. Malentendidos frecuentes ❌
- “El frío entra” → en realidad el calor sale.
- “Hervir más fuerte sube \(T\)” → a presión atmosférica el agua se queda en \(100\;^\circ\!C\).
- “\(0\;K\) significa energía = 0” → persiste la energía de punto cero cuántica.
10. Conclusión & pistas futuras 🚀
La dupla calor + temperatura conecta el mundo microscópico con tu vida diaria.
Siguientes pasos:
- Capacidad calorífica dependiente de \(T\) (modelos de Debye y Einstein).
- Transferencia de calor: conducción, convección y radiación.
← Entropía — El metrónomo de la irreversibilidad.
→ Transferencia de calor — Cómo viaja la energía de las estrellas a tu sopa.