El calor es el movimiento de los átomos y las moléculas, y también la radiación infrarroja. ¿Pueden estas dos afirmaciones ser verdaderas o estoy malinterpretando algo?

Answer 1

Has encontrado algo que me desconcertó cuando estudié física por primera vez en libros populares sobre el tema. A menudo, en tales libros, los conceptos no están correctamente definidos. La idea de que la radiación infrarroja tiene el estado especial de calor cuando otras radiaciones electromagnéticas me confundió al principio. Había una fuerte inconsistencia allí que pocas personas, entre ellas muchos físicos, se molestan en enfrentar.

Al trabajar en esto antes de estudiar formalmente la termodinámica, estaba más motivado para el estudio formal y menos confundido de lo que podría haber estado.

Hay en una sola definición objetiva de calor en termodinámica. El calor es la transferencia de energía entre dos sistemas que resulta de una diferencia de temperatura. La energía contenida en un sistema no es energía transferida. Eso significa que, contrariamente al pensamiento popular sobre este tema, las energías cinéticas de las moléculas no pueden ser calor. Es solo parte de la energía interna. A veces se le llama energía térmica.

OTOH, la radiación infrarroja transporta energía y puede transferir energía de un sistema a una temperatura más alta a uno a una temperatura más baja. Esto sucede cuando la radiación infrarroja se debe principalmente a la temperatura del sistema de radiación, y en ese caso hay un espectro continuo de radiación con un pico en una longitud de onda particular.

Sin embargo, cada vez que un sistema irradia energía como resultado de su temperatura, existe un espectro continuo de radiación con un pico en alguna longitud de onda. En el caso de objetos que están al rojo vivo, este pico se encuentra en la parte visible del espectro. ¡Vaya, a veces la luz es calor! A veces, la radiación de calor se encuentra principalmente en el espectro de microondas.

No es la parte del espectro electromagnético la que determina cuándo la radiación es calor. Es si el espectro continuo de la radiación tiene o no la forma típica de algo que se irradia como resultado de su temperatura.

Trabajar a través de aparentes contradicciones (en este caso, más que aparentes) en explicaciones populares de la ciencia, incluyendo hacer preguntas, es una buena manera de desarrollar una comprensión más profunda de la ciencia.

Answer 2

Robert Reiland aquí ha señalado algo que logré obtener a través de un título de física, incluidos los cursos de termodinámica, sin realmente explicarme a mí mismo. El calor debería considerarse realmente como energía que se transfiere debido a las diferencias de temperatura.

Pero en la vida cotidiana tenemos una visión diferente de la materia, e incluso en física hay varias definiciones de temperatura, incluso si algunos sostienen que una definición particular es mejor que otras (que involucra la entropía).

Los conceptos de calor y temperatura han surgido de nuestras nociones intuitivas correspondientes. Sentimos el calor directamente y decimos que algunas cosas son más calientes que otras. Se dice que las cosas “más calientes” tienen una temperatura más alta, y la temperatura determina la dirección en la que fluye el calor, si se deja a sí misma.

Incluso en la vida cotidiana, el calor y la temperatura no son lo mismo. La llama de una vela es muy caliente (tiene una temperatura alta) pero no emite mucho calor. Una vela es incapaz de calentar una habitación a nuestra entera satisfacción.

Cuando esto comenzó a ser realmente estudiado sistemáticamente en el siglo XIX, a menudo se pensaba que el calor era una clase de líquido, que se denominaba calórico.

Pero también se especuló que el calor “contenido” en un gas se debía al movimiento de sus moléculas cuando se disparaban al azar. Incluso entonces se dio cuenta de que esta no es una idea totalmente satisfactoria. La energía transferida a un gas puede contribuir a que sus moléculas giren y se muevan en línea recta, y se puede requerir energía simplemente para separar las moléculas del gas, especialmente cuando comienza como un líquido.

Entonces, la idea de “energía interna” se desarrolló en la termodinámica en el siglo XIX, y decimos que un gas (o cualquier otra cosa) contendrá más energía interna a medida que la energía se transfiera a ella. La energía interna no se manifiesta necesariamente como temperatura. Por ejemplo, puedes derretir hielo a cero grados centígrados transfiriéndole energía en forma de calor, pero si lo haces lenta y cuidadosamente, terminarás con agua también a cero grados centígrados.

Para estudiar los gases, los científicos desarrollaron la idea de un “gas ideal”. Este es un gas en el que las moléculas generalmente se consideran puntos matemáticos que generalmente no chocan entre sí; Solo con las paredes de su contenedor. Dado que las moléculas de un gas ideal no pueden girar (son solo puntos) y no se atraen entre sí, cualquier energía transferida a un gas ideal se manifiesta como un aumento de la temperatura y un aumento de la energía cinética (movimiento más rápido) de sus moléculas.

Los gases reales solo son aproximadamente similares a los gases ideales.

En la vida cotidiana, cualquier cosa que haga que nuestra piel se sienta caliente se considerará caliente, o literalmente, como “calor”. Cualquier objeto que se encuentre a una temperatura más alta que nosotros puede hacerlo, y gran parte de la transferencia de energía del objeto a nuestros dedos puede ocurrir simplemente porque las moléculas vibrantes hacen que nuestras moléculas también vibren.

Pero esta no es la única manera en que la energía puede ser transferida a nosotros. La luz calienta todo sobre lo que cae, por lo que experimentamos una luz fuerte como “caliente”. La luz infrarroja, que no podemos ver, también puede calentar cosas. En ese caso, tendemos a llamarlo “calor”, como si “calor” es literalmente una cosa en sí misma, en lugar de ser un caso de transferencia de energía.

Todos los objetos físicos emiten radiación, que generalmente es en su mayoría invisible, y puede calentar cualquier cosa sobre la que caiga. Pero a medida que los objetos se calientan más y más, emiten más y más radiación en forma de luz visible, cambiando de “al rojo vivo” a, finalmente, “blanco caliente”. Los objetos que están más calientes aún emitirán algo de energía en forma de luz ultravioleta.

La distribución de las frecuencias de radiación emitidas por los objetos es característica de su temperatura. Si dos objetos a diferentes temperaturas se colocan uno cerca del otro, se calentarán entre sí, pero el objeto más caliente emite más radiación que el objeto más frío, por lo que el equilibrio del objeto más frío se calentará a medida que se transfiera la energía.

Así que tenemos dos vistas de lo que el “calor” está aquí. Una es una definición relativamente estricta debido a mucho estudio e investigación, y considera el calor como energía transferida debido a las diferencias de temperatura. Entonces no tiene sentido hablar de “contenido de calor”; Tenemos que hablar de “contenido de energía interna” en su lugar.

Pero las nociones intuitivas más antiguas de calor aún sobreviven, combinadas con una investigación científica parcialmente entendida. Entonces tendemos a considerar el calor como dos cosas; la energía cinética de los átomos o moléculas (la energía de su movimiento aleatorio ya menudo vibratorio), y como luz infrarroja, que no podemos ver, pero podemos sentir, si es lo suficientemente fuerte.

Answer 3

El calor es la energía media de un grado de libertad. El movimiento de un átomo en cierta dirección es un dof El movimiento de un átomo en el espacio hace tres dof, porque hay tres dimensiones. Una molécula tiene aparte de esos tres dof porque es capaz de rotar, y dof vibracional adicional Hasta ahora, todo esto está cubierto por la definición INCORRECTA de “calor es el movimiento de los átomos de las moléculas”.

Un dof puede ser cualquier cosa que almacene energía. Los átomos y las moléculas pueden tener dof que no tienen nada que ver con el movimiento. Una configuración de momentos magnéticos puede almacenar energía, lo que da como resultado un dof adicional, que se puede utilizar como cualquier otro, es decir, para enfriamiento magnético.

Dado que los dipolos magnéticos y eléctricos en la materia pueden ser dof, incluso donde no hay movimiento (desplazamiento de los átomos). ¿Qué pasa con el campo electromagnético en el espacio vacío?

Una “configuración de campos eléctricos y magnéticos en el espacio vacío” siempre puede considerarse como un espectro de ondas electromagnéticas. Cada onda de luz puede almacenar energía y, por lo tanto, es un dof El espacio vacío se llena con un gas fotónico, que puede estar en equilibrio termodinámico, y luego tiene una temperatura, capacidad de calor, etc. como cualquier otra cosa. Todo esto se describe en el artículo de Einstein de 1905 sobre el efecto fotoeléctrico.

Tenga en cuenta que todo lo que se dice aquí presupone un equilibrio térmico. Un átomo en el haz de un acelerador no está en equilibrio. Tampoco la luz del sol en la tierra.

Answer 4

No, estas dos afirmaciones no son ciertas. La radiación infrarroja no es calor que, como has dicho. Es el movimiento de los átomos y las moléculas. El calor puede causar radiación infrarroja: los cuerpos calientes emiten infrarrojos debido al movimiento de los átomos y las moléculas. La radiación infrarroja puede hacer que las cosas se calienten al hacer que los átomos y las moléculas se muevan. Pero el infrarrojo no es calor, aunque la gente a menudo lo dice con pereza debido a los dos hechos que di.

Answer 5

El “movimiento de …” es templado. La radiación infrarroja es el nombre de las ondas electromagnéticas de rango de frecuencia específico. Las ondas transfieren energía que se puede convertir en temperatura, pero no se puede.

Además, si el calor es el movimiento, ¿qué frío es?

Answer 6

La materia almacena energía calorífica por actividad cinética. No hay materia involucrada en la radiación infrarroja ordinaria. Un doctorado me dijo dos veces que cuando calientas un gas se enfría. Deberíamos preguntarle.

Answer 7

El calor es energía térmica, que se puede convertir en energía cinética (movimiento de átomos y moléculas) o transferirse (IR)