Qué es el efecto invernadero

¿Qué es el efecto invernadero?
VotarGive ¿Qué es el efecto invernadero? 1/5Give ¿Qué es el efecto invernadero? 2/5Give
¿Qué es el efecto invernadero? 3/5Give ¿Qué es el efecto invernadero? 4/5Give ¿Qué es
el efecto invernadero? 5/5
Sin este fenómeno natural, la temperatura media en la superficie seria de 18°C bajo cero,
no haciendo posible la vida en el planeta.
Efecto invernadero
El efecto invernadero se define como un fenómeno natural por el que unos gases
determinados que componen la atmósfera retienen parte de la energía solar reflejada por
el suelo, absorbiéndola y transformándola en un movimiento molecular interno que produce
un aumento de la temperatura.
Las actividades humanas han aumentado las
emisiones de gases de efecto invernadero
(GEI), como el dióxido de carbono (CO2),
potenciado su efecto.
Causas del efecto invernadero
Son varias las causas que han intensificado
las emisiones de GEI y, por tanto, del efecto
invernadero, entre las que se encuentran:
• La combustión fósil, de biomasa y de residuos.
• La producción y uso de aerosoles que tienen una gran influencia en el tiempo de vida
de las nubes y en la precipitación, que se componen de vapor de agua (gas GEI) que
refleja la luz solar enfriando el planeta.
• Cambios en los usos del suelo como la tala y la quema de bosques (ej: Amazonia)
para combustión alterando el albedo superficial.
• Algunas actividades agrarias como la fermentación entérica como consecuencia del
proceso digestivo de los herbívoros, descomposición en condiciones anaerobias (sin
oxígeno) del estiércol generado por especies pecuarias o los cultivos de arroz bajo
riego.
• El tratamiento anaerobio de aguas residuales domésticas e industriales.
• La fundición del aluminio, la fabricación de semiconductores y la transmisión y
distribución de energía eléctrica, emitiendo los gases GEI: PFCs y SF6.
Consecuencias del efecto invernadero
El efecto invernadero conlleva un cambio
climático en cuanto al aumento de la
temperatura global. Desencadena colapsos
en las corrientes marinas, en los movimientos
atmosféricos y en las dinámicas terrestres en
general como es el aumento del nivel del
mar,
desplazamientos
de
especies,
desaparición de especies, cambios en el
ciclo hidrológico, deshielo de los polares, etc.
Además, según el informe de la Organización
Mundial de la Salud (OMS), el efecto
invernadero ha potenciado los casos de
malaria, salmonelosis, diarreas causando deshidratación en los niños y otras infecciones
intestinales.
Desde 1750, se estima que las actividades humanas han aumentado el calentamiento
global con un forzamiento radiactivo de 1,6 W/m2.
El aumento de la temperatura media terrestre trae consigo la modificación de
las condiciones de vida en el planeta. Conozcamos las principales consecuencias de
este fenómeno:
• Deshielo de masas glaciares
El retroceso de los glaciares tiene, asimismo, sus propias consecuencias:
la reducción del albedo —el porcentaje de radiación solar que la superficie
terrestre refleja o devuelve a la atmósfera—, la subida global del nivel del
mar o la liberación de grandes columnas de metano son solo algunas y todas
ellas son dramáticas para el planeta.
• Inundaciones de islas y ciudades costeras
Según el Grupo Intergubernamental sobre el Cambio Climático (IPCC), durante
el periodo 1901-2010 el nivel medio global del mar se elevó 19 centímetros. Se
estima que en el año 2100 el nivel del mar será entre 15 y 90 centímetros más
alto que el actual y amenazará a 92 millones de personas. Esto se ve
reflejado en los informes de la NASA que indican que en el último año el nivel
global promedio del mar aumentó en 0,27 centímetros.
•
•
•
•
Huracanes más devastadores
La intensificación del efecto invernadero no ocasiona estos eventos climáticos
extremos, pero sí aumenta su intensidad. La formación de huracanes tiene que
ver con la temperatura del mar —solo se forman sobre aguas que tienen, al
menos, una temperatura de 26,51 ºC—. En 2022, en España el Mediterráneo
llegó a alcanzar los 31 grados, estando el 95 % de los días con una temperatura
más cálida de lo habitual.
Migraciones
de
especies
Muchas especies animales
se
verán obligadas a migrar para
sobrevivir a las variaciones de
los
principales
patrones
climáticos alterados
por
el
aumento progresivo de las
temperaturas.
Los
últimos
estudios en Canadá han confirmado que el 66 % de las aves migratorias han
llegado antes de que arrancase la primavera y volaron más tarde de lo habitual,
esto es debido a que los inviernos son cada vez más cortos. También el ser
humano tendrá que desplazarse: según el Banco Mundial, en 2050 el número de
personas obligadas a huir de sus tierras por sequías extremas o violentas
inundaciones podría llegar a los 140 millones.
Desertificación de zonas fértiles
El calentamiento global impacta profundamente en los procesos
de degradación del suelo y favorece la desertificación de zonas del planeta, un
fenómeno que acaba con todo el potencial biológico de las regiones
afectadas convirtiéndolas en terrenos yermos e improductivos. Tal y como
reconoció la ONU con motivo del Día Mundial de Lucha contra la
Desertificación en 2018, el 30 % de las tierras están degradadas y han perdido
su valor real.
En los últimos años, se pierden anualmente casi 12 millones de hectáreas.
Enlace externo, se abre en ventana nueva. El 40 % de las tierras degradadas
están a la vez en zonas vulnerables, lo cual está derivando en graves problemas
para la seguridad alimentaria de casi 3.000 millones de personas según la
ONU.
Efecto invernadero: causas y consecuencias en el clima
La acción del hombre es el principal responsable del aumento
del fenómeno conocido como "efecto invernadero". Sus
consecuencias, incluyendo el calentamiento global, son muy
preocupantes para el planeta. Por eso es esencial tomar
medidas contra las emisiones de gases de efecto invernadero
relacionadas con este fenómeno. A continuación detallamos
algunas medidas que se pueden llevar a cabo para contaminar menos y evitar el efecto
invernadero.
¿Qué es el efecto invernadero?
El efecto invernadero es un fenómeno natural que ayuda
a mantener el nivel medio de temperatura en la superficie
del planeta. Eso es esencial para la vida en la Tierra
porque, en ausencia de este fenómeno, la temperatura
media sería de 18°C bajo cero en lugar de la media
actual de 15°C.
La superficie terrestre absorbe naturalmente el 70% de la
radiación solar mientras que el resto es reflejada de
vuelta al espacio por reverberación. La radiación solar
absorbida se transforma en radiación infrarroja y regresa a la atmósfera. Parte de esta
radiación infrarroja es entonces reflejada de vuelta al espacio, mientras que la otra parte es
retenida por los gases de efecto invernadero en la atmósfera, incrementando la temperatura
global del planeta. Esto es el efecto invernadero.
Es importante entender que el efecto invernadero es esencial para el clima de la Tierra. El
problema es la contaminación que se debe a la concentración de los gases de efecto
invernadero en la atmósfera.
El efecto invernadero es un fenómeno que se aplica a todos los planetas con una
atmósfera como la Tierra o Venus.
Los gases de efecto invernadero
Los Gases de Efecto Invernadero (GEI) son gases presentes de forma natural en la
atmósfera. Absorben algunos de los rayos del sol y luego los redistribuyen en forma de
radiación. Su creciente concentración en la atmósfera, debido a las actividades humanas,
contribuye al calentamiento global. Como su nombre lo indica, estos gases son la principal
causa del efecto invernadero.
Los gases responsables del efecto invernadero son los siguientes:
• Vapor de agua (H2O);
• Dióxido de carbono (CO2);
• Metano (CH4);
• Óxido nitroso (N2O);
• Ozono (O3).
La atmósfera tiene cada vez una concentración más alta de gases de efecto invernadero.
Las actividades humanas, como la cría de ganado que emite metano o el uso de vehículos
que funcionan con combustibles fósiles, emiten grandes cantidades de gases de efecto
invernadero y afectan a la composición química de la atmósfera. Por lo tanto, conducen a la
aparición de un efecto invernadero adicional que aumenta la temperatura media del planeta.
Fuente: Earth System Research Laboratories
¿Qué es 1 ppm?El acrónimo "ppm" significa partes por millón. Es una unidad de medida
utilizada para calcular la tasa de contaminación del aire. Indica cuántas moléculas de gases
de efecto invernadero están presentes en un millón de moléculas de aire.
El efecto invernadero: causa del calentamiento global
El efecto invernadero, relacionado con la intensidad de las actividades en materia del uso de
combustibles fósiles, ya ha causado un aumento de la temperatura de alrededor de 1°C en
comparación con la era industrial. Algunos cambios climáticos ya son visibles pero sus
impactos todavía son pequeños. Por eso es imperativo actuar rápidamente y reducir las
emisiones de gases de efecto invernadero.
Las causas del efecto invernadero:
• El consumo eléctrico, la calefacción, y el aire acondicionado;
• El transporte y la combustión fósil;
• El consumo diario de materiales desechables;
• La destrucción de los ecosistemas…
Las consecuencias del efecto invernadero
Cuanto mayor sea el cambio climático, más se verá amenazado el equilibrio de nuestros
ecosistemas. Así, un aumento de la temperatura media terrestre de más de 1,5°C conduciría
a fenómenos climáticos extremos que tendrían un impacto directo en fenómenos como:
• El derretimiento de los hielos;
• El aumento del nivel del mar y la inundación de ciudades costeras;
• La proliferación de huracanes devastadores;
• La migración forzada de ciertas poblaciones y especies;
• La desertificación de zonas fértiles y su impacto en la agricultura y la ganadería...
En 2018, el IPCC (Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático)
publicó un informe especial en el que se describen en detalle las consecuencias de un
calentamiento global de 1,5°C (tormentas mayores, sequías intensas, lluvias fuertes, etc.).
Impacto en la agricultura y la ganadería
El calentamiento global ya ha alterado la duración de la estación de crecimiento en
grandes partes del planeta. De igual manera, las variaciones de las temperaturas y las
estaciones influyen en la proliferación de insectos, hierbas invasoras y enfermedades
que podrían afectar a las cosechas. Lo mismo sucede con la ganadería: las variaciones
climáticas afectan directamente a las principales especies de múltiples
formas: reproducción, metabolismo, sanidad, etc.
El deshielo provocará una subida del nivel del mar y liberará más metano, entre otras
consecuencias.
La intensidad de los huracanes será mayor debido al efecto invernadero.
Numerosas especies emigrarán como consecuencia de las altas temperaturas.
Con el calentamiento global, insectos, hierbas venenosas y enfermedades afectarán a las
cosechas.
¿Cuáles son los gases de efecto invernadero?
Los gases en la atmósfera que absorben la radiación infrarroja procedente de la Tierra o
radiación saliente son conocidos como Gases de Efecto Invernadero (GEI). Entre ellos se
encuentran el dióxido de carbono, el vapor de agua, el óxido nitroso, el metano y el ozono.
Además, hay una serie de GEI artificiales generados por el ser humano, como los
halocarbonos (como los CFCs, HCFCs, HFCs y los PFCs) y otras sustancias con cloro y
bromo, regulados por el Protocolo de Montreal, a excepción de HFCs, PFCs y SF6.
En porcentaje, el CO2 es el que más ha contribuido al forzamiento radiactivo positivo con
1,66 W/m2, seguido por el CH4 con 0,48 W/m2, el ozono troposférico con 0,35 W/m2, el N2O
con 0,16 W/m2 y algunos halocarbonos.
¿Cómo se puede medir el efecto invernadero?
El efecto invernadero se puede medir de diversas maneras, como a través de mediciones
directas de gases, análisis de núcleos de hielo, mediciones de la radiación en la atmósfera,
entre otras técnicas.
. Perspectivas futuras
La reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero se ha convertido en una
necesidad urgente para evitar un cambio climático catastrófico en el futuro. La
implementación de tecnologías más limpias y sostenibles, la reducción del consumo de
energía y el desarrollo de estilos de vida más sostenibles son algunas de las medidas que
se deben tomar para abordar este problema.
7 . Mitos y realidades del efecto invernadero
Existe una serie de mitos y realidades en torno al efecto invernadero. Es importante
desmentir algunas de las creencias erróneas más comunes, como la idea de que el efecto
invernadero es un fenómeno natural y no tiene relación con las actividades humanas.
8 . ¿Qué diferencia hay entre el cambio climático y el efecto invernadero?
El cambio climático y el efecto invernadero están relacionados pero no son lo mismo. El
efecto invernadero es un fenómeno natural que ha estado presente desde la formación de
la atmósfera terrestre y ha permitido el desarrollo de la vida en el planeta. Sin embargo, la
actividad humana ha intensificado este efecto al aumentar la concentración de gases de
efecto invernadero en la atmósfera.
El cambio climático se refiere al aumento de
la temperatura media global de la Tierra y
otros efectos del aumento de los gases de
efecto invernadero. Esto incluye el aumento
del nivel del mar, la acidificación de los
océanos, la disminución de la nieve y el hielo,
el cambio en los patrones de precipitación y
otros impactos en el medio ambiente y la vida
humana.
Es importante tener en cuenta que el efecto
invernadero es una de las causas principales
del cambio climático, pero no es el único
factor.
Calcular la huella de carbono
Antes de reducir las emisiones de gases de efecto invernadero, es esencial identificar las
fuentes más importantes de gases de efecto invernadero relacionadas con nuestras
actividades. Para ello, es posible calcular su huella de carbono personal.
El interés es analizar el comportamiento de compra y los hábitos de consumo a largo plazo
para tomar conciencia de la sostenibilidad de su propio estilo de vida y de las medidas
concretas que deben aplicarse para reducir la huella de carbono.
Medidas para reducir sus emisiones de gases de efecto invernadero
efecto invernadero
Una vez que entendamos qué es lo que genera más emisiones en nuestra vida diaria,
podremos elegir las acciones de reducción que deseamos implementar, como por ejemplo
•
•
•
•
•
•
•
•
Moverse de forma sostenible con bicicletas, coches eléctricos o híbridos;
Reducir su consumo de carne y el desperdicio de alimentos;
Consumir productos ecológicos;
Apostar por el reciclaje;
Optimizar su consumo de energía;
Usar energías verdes;
Instalar placas solares en tu hogar o negocio;
Producir su propia energía…
Conclusiones
El efecto invernadero es un fenómeno natural necesario para el mantenimiento de la vida
en la Tierra, pero la actividad humana ha intensificado su efecto y ha llevado a un cambio
climático global. Las emisiones de gases de efecto invernadero, principalmente dióxido de
carbono, metano y óxido nitroso, son causadas por actividades humanas como la
combustión de combustibles fósiles, la deforestación, la agricultura y la producción
industrial.
La lucha contra el cambio climático implica reducir las emisiones de gases de efecto
invernadero y avanzar hacia una economía más sostenible y baja en carbono. Esto implica
una transición a fuentes de energía renovable, una gestión forestal sostenible y una
agricultura más eficiente y sostenible.
John Tyndall
(1820/08/21 - 1893/12/04)
John Tyndall
Físico británico
Nació el 21 de agosto de 1820 en Leighlinbridge,
condado de Carlow (Irlanda).Cursó estudios en la
Universidad de Marburg, Alemania.
Ejerció como profesor de filosofía natural en la
Institución Regia de Gran Bretaña en 1854 y sucedió al
químico y físico Michael Faraday como inspector de la
institución en 1867.Entre sus principales campos de
investigación están la naturaleza del sonido, la luz, y el calor radiante.
En Marburg, donde estudió química con Robert Wilhelm Bunsen, hizo una
serie de investigaciones sobre el diamagnetismo.
En 1869 refutó la teoría de la generación espontánea demostrando
visualmente que la putrefacción no se produce en presencia de aire libre de
polvo. Sus experimentos con la dispersión de los rayos de luz mediante
suspensiones coloidales dieron por resultado el fenómeno llamado efecto
Tyndall. Este efecto es el responsable del color azul del cielo.
Tyndall, que era un entusiasta alpinista, realizó también importantes
observaciones sobre la estructura y el movimiento de los glaciares. En 1871
descubrió el fenómeno del rehielo, gracias al cual explicó la marcha de los
glaciares.
Entre sus obras destacan Los glaciares de los Alpes (1860), El calor
considerado como una forma de movimiento (1863), Sobre el
sonido (1867), Notas sobre la luz (1870) y Fragmentos científicos (1892).
John Tyndall falleció en Haslemere, Reino Unido, el 4 de diciembre de 1893.
Ralph H. Fowler (1889-1944)
El físico y astrónomo Ralph H. Fowler (18891944) nació un 17 de enero.
Durante la Primera Guerra Mundial, resultó
gravemente herido durante la batalla de Galípoli:
gracias a este incidente, conoció al fisiólogo y
matemático –Premio Nobel de Medicina en
1922– Archibald Vivian Hill, que descubrió las
habilidades de Fowler en el campo de la física.
Trabajó junto a Paul Dirac en física estadística,
estudiando enanas blancas.
En 1928, publicó con Lothar Nordheim un documento, en el que explicaba el fenómeno
físico conocido actualmente como emisión por efecto de campo: contribuyó de este modo
a establecer la validez de la teoría de bandas.
En 1931, fue el primero en formular y nombrar el principio cero de la termodinámica.
Quince miembros de la Royal Society y tres Premios Nobel de Física (Subramanyan
Chandrasekhar en 1983, Paul Dirac en 1933 y Nevill F. Mott en 1977) fueron supervisados
por Fowler entre 1922 y 1939.
En Cambridge, supervisó los estudios de doctorado de 64 estudiantes incluyendo a John
Lennard-Jones, Paul Dirac o Garrett Birkhoff.
Equilibrio térmico
Te explicamos qué es el equilibrio térmico, en qué
consiste y cuál es su fórmula. Además, la ley cero
de la termodinámica y ejemplos.
Luego de determinado tiempo, dos objetos en
contacto alcanzarán la misma temperatura.
¿Qué es el equilibrio térmico?
En física, se llama equilibrio térmico al estado en que dos cuerpos en contacto, o
separados por una superficie conductora, igualan sus temperaturas inicialmente dispares,
debido a la tranferencia de calor de uno hacia el otro.
Pause
Loaded: 27.53%
Remaining Time -1:27
Unmute
×
Si tenemos dos objetos en contacto, uno más caliente que otro, a medida que el tiempo
transcurra ambos tenderán a alcanzar la misma temperatura y, si no hay transferencia
de calor hacia otros objetos, en adelante mantendrán un equilibrio térmico, o sea,
una temperatura constante.
¿En qué consiste el equilibrio térmico?
El estado de equilibrio térmico se
da cuando la energía cinética se iguala en ambos cuerpos.
Este fenómeno puede explicarse microscópicamente, comprendiendo que la temperatura
de los objetos está directamente relacionada con la energía cinética promedio de
sus partículas, sean átomos, moléculas, o los que convenga considerar. Este promedio es
lo que comúnmente se llama en física «energía interna», por lo que a mayor energía
cinética mayor energía interna y mayor temperatura del sistema.
Dos cuerpos en contacto intercambian energía a medida que el tiempo transcurre. Y
así, el punto de equilibrio térmico se alcanza cuando la energía cinética de ambos
cuerpos se iguala, de manera que ambos cuerpos pasan a operar como un sistema
termodinámico único, dotado de una misma cantidad de energía interna y, por ende, de
temperatura.
Fórmula del equilibrio térmico
La expresión del equilibrio térmico involucra el cálculo de la diferencia de temperaturas
entre los dos cuerpos, por lo que debe determinarse la cantidad de calor (Q) que
intercambian.
Esto se determina empleando la fórmula Q = m . Ce . Δt, en donde m será la masa del
cuerpo, Ce su calor específico expresado en cal / gr °C, y Δt la variación de temperatura, o
sea: Δt = tf – ti, tiempo final menos tiempo inicial.
Una vez calculado el calor Q para cada cuerpo, podremos compararlos a sabiendas de que
el equilibrio térmico se da en la igualdad de las temperaturas entre el cuerpo 1 y el cuerpo
2. Para llegar al equilibrio térmico, el calor que el cuerpo más frío gana es el que el
cuerpo más caliente pierde, así que Q1 = Q2, o sea, calor ganado = calor perdido.
Ley cero de la termodinámica
La ley cero de la termodinámica puede expresarse como: si A = C y B = C, entonces A = B.
Este principio está expresado en la llamada Ley cero de la termodinámica, que fue
expresada en 1931 por R. H. Fowler de la siguiente manera: “Si dos sistemas A y B se
encuentran, cada uno por separado, en equilibrio térmico con un tercer sistema, que
llamaremos C, entonces A y B se encuentran también en equilibrio térmico entre sí”.
O sea: si A = C y B = C, entonces A = B.
Gracias a este principio, centrado en la formulación matemática de la termodinámica, se
sabe lo que Maxwell expresó en palabras de esta manera: “Todo el calor es del mismo
tipo”.
Ejemplos de equilibrio térmico
A continuación, algunos ejemplos sencillos de equilibrio térmico:
•
•
•
Cuando entramos en una habitación caliente, percibimos el calor
del aire inmediatamente pero dado un margen de tiempo, nuestro cuerpo
intercambiará calor con el aire y entrará en equilibrio térmico con él, así que
dejaremos de percibir la diferencia de temperatura.
Si introducimos un recipiente de vidrio con agua fría dentro de uno mayor con
agua hirviendo, el flujo de calor entre ambos enfriará el agua caliente y calentará
la fría, hasta alcanzar un nivel de equilibrio térmico intermedio.
Los productos que tenemos en el congelador de nuestra cocina se hallan en
equilibrio térmico respecto del aire helado entre ellos, de modo que todos
comparten la misma temperatura.
Ejemplo de equilibrio térmico aplicando la fórmula
Imaginemos que tenemos una sustancia fría, amoniaco líquido, con los siguientes valores:
•
m1 = 2 kg
•
Ce1 = 4700 J / (kg x K)
•
T1i = 10 °C = 283 K
Y lo depositamos en un recipiente con una sustancia más caliente, agua, la cual posee los
siguientes valores:
•
m2 = 5 kg
•
Ce2 = 4181 J / (kg x K)
•
T2i = 25 °C = 298 K
Si sustituimos los términos de la fórmula por los valores dados arriba, tenemos:
Resolvemos la fórmula y vemos que la temperatura final (Tf) es de 293,35 K, es
decir, 20,35 °C. En otras palabras, ambos líquidos alcanzarán el equilibrio térmico a dicha
temperatura.
Otros ejemplos cotidianos de equilibrio térmico
•
Al poner un termómetro en contacto con un líquido, el termómetro cambia de
temperatura hasta llegar a la misma que la del líquido. Cuando el indicador de
temperatura deja de moverse, es porque el termómetro y el líquido están en
equilibrio térmico.
•
Al verter vidrio fundido sobre un molde, se ha de trabajarlo antes de que se enfríe.
Esto es porque el vidrio emite rápidamente mucha energía en forma de calor,
enfriándose hasta igualarse con la temperatura del molde. Cuando el vidrio se
endurece, alcanza el equilibrio térmico con el molde.
•
Cuando estamos fuera, con frío, nuestro cuerpo emite calor. Sin embargo, es
imposible calentar el ambiente con nuestro calor corporal; por ello, sentimos frío y
no se alcanza el equilibrio térmico. Una vez entramos en un hogar con calefacción,
la diferencia de temperatura es mucho menor, por lo que nuestro cuerpo se
aclimata y alcanza el equilibrio térmico con el ambiente.
•
En verano, cuando sacamos un helado del congelador, al principio está bastante
frío. No obstante, a menos que lo comamos rápido, el helado comienza a
derretirse, igualando poco a poco su temperatura con la del ambiente. Cuando se
derrite por completo, el helado alcanza el equilibrio térmico con el ambiente.
Diferencias entre calor y temperatura
Al hablar del balance térmico innegablemente hay dos factores involucrados de gran
importancia: el calor y la temperatura. La diferencia básica entre el calor y la temperatura,
es que el calor es la forma de energía que se transfiere de un cuerpo caliente, a un cuerpo
frío. La unidad calorífica es el Joule.
Por su parte, la temperatura es el grado de calor y frialdad de un cuerpo, siendo su unidad
el Kelvin. Otras diferencias entre el calor y la temperatura son las siguientes:
Calor
• Es la energía cinética total y potencial obtenida por las moléculas de un objeto.
• Además, el calor fluye del cuerpo al cuerpo frío.
• No solo eso, el calor también tiene capacidad de trabajo.
• El calor se mide con el calorímetro y su símbolo es “Q”.
Temperatura
• La temperatura se incrementa cuando se calienta, y disminuye cuando se enfría
un objeto.
• No tiene capacidad de trabajo.
• Para medir la temperatura se utiliza los termómetros.
• Su unidad de medición es el “Kelvin” y su símbolo es la “T”.
Equilibrio térmico de la cantidad de calor
La ecuación que permite cuantificar la cantidad de calor que se intercambia en las
transferencias entre los cuerpos, es la siguiente:
Q = M * C * ΔT
En dicha ecuación Q representa la cantidad de calor expresada en calorías, mientras que
la M representa la masa del cuerpo en estudio. Por su parte, la letra C representa el calor
específico del cuerpo, y el símbolo ΔT es la diferencia de temperatura.
En una situación de equilibrio termal, la masa y el calor específico retienen su valor
original, sin embargo la diferencia de temperatura se vuelve 0. Esto se debe a que el
estado de equilibrio donde no hay cambios de temperatura fue definido con precisión.
Equilibrio térmico de temperatura
Otra ecuación importante para entender el significado de equilibrio térmico es la que
busca expresar la temperatura que tendrá el sistema unificado. Se concluye que cuando
un sistema de partículas N1, que se encuentra a una temperatura T1, entra en contacto
con otro sistema de partículas N2, que se encuentra a la temperatura T2, la temperatura
de equilibrio se obtiene a través de la siguiente fórmula:
(N1 * T1 + N2 * T2 ) / (N1 + N2)
De esta manera, se puede observar que cuando ambos subsistemas tienen la misma
cantidad de partículas, la temperatura de equilibrio se reduce a una temperatura media
entre las dos temperaturas iniciales. Lo anterior es algo que se puede generalizar para las
relaciones entre más de dos subsistemas.
Interpretación microscópica del equilibrio térmico
La termodinámica proporciona una descripción
macroscópica de los sistemas que estudia, sin hacer
hipótesis acerca de la estructura microscópica de los
mismos. Sin embargo, existen otras disciplinas, como
la física estadística, que estudian los mismos
fenómenos de la termodinámica, pero desde un
enfoque microscópico.
En particular, el concepto de equilibrio térmico está
ligado al concepto de temperatura al decir que dos
sistemas en equilibrio térmico tienen la misma
temperatura. Desde un punto de vista microscópico,
la temperatura está asociada a la energía cinética promedio que tienen las partículas que
constituyen el sistema, a saber, átomos, moléculas y/o la estructura electrónica de la
sustancia que constituye el sistema. Macroscópicamente, esta energía cinética promedio
de las partículas de un sistema es lo que en la termodinámica se llama energía interna, que
es una energía que depende casi exclusivamente de la temperatura del sistema. A mayor
energía cinética promedio de las partículas que constituyen un sistema, mayor energía
interna y, en general, mayor temperatura del sistema.
La situación de dos sistemas en contacto térmico se interpreta microscópicamente como
que las partículas de la superficie de interfase de ambos sistemas son capaces de
interactuar entre sí. Básicamente se puede ver que, microscópicamente, las partículas del
sistema de mayor temperatura (que tienen mayor energía cinética) van a transferir parte de
su energía a las partículas del otro sistema. Se encuentra que esta interacción entre los dos
sistemas da lugar a que las partículas de los dos sistemas alcancen la misma energía
cinética promedio y, por lo tanto, la misma temperatura. Es decir, desde un punto de vista
microscópico, se entiende como equilibrio térmico entre dos sistemas que las partículas de
los dos sistemas tengan la misma energía cinética promedio.
Desde un punto de vista macroscópico, se dice que los sistemas han alcanzado un estado
de equilibrio, cuando bajo las condiciones indicadas en la sección definición termodinámica
del equilibrio térmico, se igualan sus temperaturas. En cambio, desde un punto de vista
microscópico, el estado de equilibrio se refiere al promedio, ya que los dos sistemas
continúan intercambiando energía incluso una vez alcanzado el equilibrio térmico. La
energía cinética individual de una partícula no es estacionaria y son, por tanto, diferentes
las energías de cada partícula en cada momento. Es el promedio de la distribución de
energías de todas las partículas del sistema lo que no cambia en el tiempo.
De igual manera que para el caso macroscópico, se puede extender el concepto de
equilibrio térmico para un sistema único, en el que en esa situación de equilibrio, las
partículas de dos partes cualesquiera del sistema tienen la misma energía cinética
promedio.
Fórmula para calcular el equilibrio térmico
Una forma de calcular el equilibrio térmico es mediante la siguiente ecuación:
A continuación, explicamos el significado de cada término junto con sus unidades en el
Sistema Internacional:
•
•
•
Q: es la cantidad de calor que una masa emite o absorbe, medido en joules, J.
m: es la masa del cuerpo o la sustancia, medido en kilogramos, kg.
Ce: es el calor específico del cuerpo o la sustancia, medido en joules por
kilogramo Kelvin, J / (kg x K).
• ΔT: es la diferencia de temperatura del cuerpo entre la final y la inicial, medido en
Kelvin, K. Se puede escribir como Tf - Ti (Temperatura final - Temperatura inicial).
Esta diferencia también se puede calcular usando los valores de temperatura en
Celsius, °C, pues las magnitudes son iguales.
Si tomamos la ecuación como referencia, se alcanza el equilibrio térmico cuando la
cantidad de calor de ambos cuerpos y sustancias es la misma. Es decir, se llega al
equilibrio cuando Q1 = -Q2, en el que:
•
•
Q1: cantidad de calor absorbida por el cuerpo frío.
-Q2: cantidad de calor emitida por el cuerpo caliente.
A raíz de lo anterior, la ecuación se puede reescribir de la siguiente forma:
Si despejamos Tf, es decir, la temperatura en equilibrio para ambos cuerpos o sustancias,
tenemos:
Usando esta fórmula sabrás qué temperatura final alcanzarán dos cuerpos en contacto,
siempre que sepas la temperatura inicial, calor específico y masa de cada uno.
Conclusiones
Cuando dos cuerpos próximos poseen temperaturas diferentes, el más caliente emite
energía calorífica y el más frío la absorbe, hasta que ambos alcancen igual temperatura.
En el caso ideal, con un sistema formado exclusivamente por dos cuerpos aislados del
resto del Universo, la energía cedida por uno es igual a la absorbida por el otro.
El intercambio de energía es proporcional a la diferencia de temperatura entre los cuerpos.
Por eso, a medida que las temperaturas se acercan, el proceso se hace más lento.
Cuando los dos cuerpos están en el mismo estado, la temperatura de equilibrio viene
determinada por: m1·c1·(t1-te) = m2·c2·(te-t2) donde m, c y t son la masa, calor específico
y temperatura inicial del cuerpo caliente (con subíndice 1) y del cuerpo frío (con subíndice
2) mientras que te es la temperatura de equilibrio.
Cuando los cuerpos presentan diferente estado físico, en las ecuaciones de intercambio de
energía hay que tener en cuenta el calor empleado en el cambio de estado total o parcial
de uno de los dos cuerpos.
COLEGIO DE BACHILLERES
Nombre: José Luis Rivera Cruz
Materia: La materia y sus interacciones
Grupo: 167
Primer Semestre