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352 Capítulo 17 Cantidad de calor
El calor produce
electricidad
La técnica llamada
generación
term oeléctrica utiliza la
misma tecnología que
las naves espaciales
que no pueden generar
electricidad a partir del
Sol. El sistema funciona
usando un arreglo de
pares term oeléctricos
semiconductores de
una aleación de telurio
de bismuto. Una tira
bimetálica se dobla
cuando se expone
al calor, esta flexión
completa un circuito
que contiene un
transistor tipo n y un
transistor tip o p, que
generan electricidad.
Este proceso no es muy
eficiente: sólo 5 por
ciento de la energía
calorífica se convierte
en electricidad. Pero
si el calor es un calor
que se va a desperdiciar,
ese 5 por ciento está
dispuesto a obtener
energía libre. Una
compañía que estudia
esta tecnología espera
usarla para producir
toda la electricidad
necesaria para manejar
las porciones eléctricas
de un sistema de
calefacción para el
hogar, el cual manejaría,
por tanto, sólo gas.
se mencione 1 Ib de agua, nos estaremos refiriendo a la masa de agua equivalente a 1/32
slug. Esta distinción es necesaria debido a que la libra de agua debe representar una cantidad
constante de materia, independientemente del lugar geográfico. Por definición, la libra masa
se relaciona con el gramo y el kilogramo en la siguiente forma:
1 Ib = 454 g = 0.454 kg
La diferencia entre estas antiguas unidades para el calor resulta de la diferencia que existe
entre las masas y de la diferencia entre las escalas de temperatura. Como ejercicio demuestre
que:
1 Btu = 252 cal = 0.252 kcal (17.1)
La primera relación cuantitativa entre estas unidades antiguas y las unidades tradicionales
para la energía mecánica fue establecida por Joule en 1843. Aunque Joule diseñó gran número
de experimentos para demostrar la equivalencia de las unidades del calor y las unidades
de energía, el aparato que se recuerda con más frecuencia es el que aparece en la figura 17.1.
La energía mecánica se obtenía al hacer descender pesas, las cuales hacían girar un juego de
aspas dentro de un recipiente con agua. La cantidad de calor absorbido por el agua se medía
partiendo de la masa conocida y de la medición del incremento de temperatura del agua.
En la actualidad, el equivalente mecánico del calor ya se ha establecido con un alto grado
de precisión mediante varias técnicas. Los resultados aceptados son
1 cal = 4.186 J
1 kcal = 4186 J
1 Btu = 778 ft • Ib
Por tanto, son necesarios 4.186 J de calor para elevar la temperatura de un gramo de agua
de 14.5 a 15.5°C. Por el hecho de que cada una de las unidades anteriores se sigue usando,
con frecuencia es necesario comparar unidades o hacer conversiones de una unidad a otra.
Ahora que se han definido las unidades para la medición cuantitativa del calor, la diferencia
entre cantidad de calor y temperatura debe ser muy clara. Por ejemplo, suponga que
vaciamos 200 g de agua en un vaso de precipitado y 800 g de agua en otro vaso, como muestra
la figura 17.2. La temperatura inicial del agua en cada vaso es de 20°C. Se coloca una flama
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Figura 17.1 Experimento de Joule para determinar el equivalente mecánico del calor. Al descender las
pesas realizan trabajo al agitar el agua y elevar su temperatura.