i calor | enciclopèdia.cat

OBRES

OBRES

Divulgació científica
Estadístiques
Gran enciclopèdia catalana

calor

substantiu femeníf
Física
termodinàmica termo
Manifestació de l’energia interna quan un sistema efectua un procés, cíclic o no, mitjançant canvis de temperatura, sigui del sistema, sigui del medi que l’envolta.

Aquesta concepció parteix dels treballs de Rumford i Humphry Davy, al primer decenni del s XIX, els quals reeixiren en la fusió del glaç i en l’ebullició de l’aigua per mètodes mecànics i afirmaren que la calor consisteix en un moviment de les parts constituents dels cossos escalfats. Anteriorment a aquests treballs, hom creia que les manifestacions de la calor eren degudes a l’acció d’un fluid subtil i imponderable anomenat calòric. Amb l’ajut de la teoria mecànica (o teoria material de la calor) de Rumford, segons la qual hom explica la producció de calor per fricció, el 1842 Julius Mayer establí definitivament l’equivalència entre calor i treball i féu els primers intents de determinar experimentalment l' equivalent mecànic de la calor , que avaluà per primera vegada Joule, molt influït per l’obra de M.F. Sadi Carnot. Aleshores restà ja definitivament establert, en la seva forma general, el principi de la conservació de l’energia . R.J.E. Clausius, W.J.M. Rankine i W. Thomson (lord Kelvin) foren els primers a desenvolupar, a mitjan s XIX, les equacions fisicoquímiques basades en la teoria mecànica de la calor, i crearen la termodinàmica moderna. Quan hom comprovà que la calor era deguda al moviment de les partícules (refermat, d’altra banda, pel moviment brownià), o sigui, una manera de manifestar-se l’energia cinètica de les partícules materials, hom començà a estudiar aquest problema des del punt de vista de la mecànica de Newton. Primerament, en aplicar la teoria cinètica hom obtingué el principi d’equipartició de l’energia , que donà lloc a la teoria clàssica de les calors específiques, vàlida per als gasos, la qual identifica l’energia interna d’un sistema amb la suma de l’energia cinètica de cadascuna de les molècules, i a la llei de Dulong i Petit, per als sòlids. Aquests resultats, bé que molt fructífers, plantejaren una sèrie de problemes (com, per exemple, el petit interval de temperatures en què són vàlids, la no-contribució aparent del moviment vibratori dels àtoms i del moviment dels electrons a l’energia interna del sistema), que no trobaren explicació fins que hom aplicà els principis de la mecànica estadística i de la mecànica quàntica, que donaren lloc a les teories d’Albert Einstein i de Peter Joseph Wilhelm Debye.

La calor es propaga d’un punt de temperatura elevada a un altre de temperatura més baixa. Aquesta propagació es pot efectuar de tres maneres: per conducció, convecció i radiació. La conducció té lloc quan hi ha contacte directe entre la font tèrmica i el cos, o bé quan entre ambdós existeix un material ininterromput, sense haver-hi moviment de matèria; la quantitat de calor transmesa és donada per la llei de Fourier Q = -kA Δ T/L , Q essent la quantitat de calor transmesa per unitat de temps, A l’àrea de la superfície perpendicular al flux de calor, k un coeficient que depèn de la natura del cos i de la seva temperatura ( conductivitat tèrmica ) i Δ T la diferència entre les temperatures inicial i final d’un tram de longitud L del medi en què s’esdevé la conducció. La convecció es dóna quan hi ha una translació de partícules materials en un medi fluid movent-se des dels punts calents cap als freds, i recíprocament, determinant un pas de calor dels primers als segons; aquesta mena de transmissió, exclusiva dels líquids i dels gasos, és definida per l’expressió Q = hA Δ T, Q essent el corrent calorífic de correcció, h una constant de proporcionalitat, A l’àrea de la superfície i Δ T la diferència de temperatures entre la superfície i la massa principal de fluid. La radiació és el procés pel qual la calor, en forma d’energia radiant, es transmet en el buit, mitjançant ones electromagnètiques, obeint a la llei de Stefan-Boltzmann.

Col·laboració: 
ACB
Llegir més...