¿Es el calor el que provoca las vibraciones en las partículas o son las vibraciones las que provocan el calor?

Question

Me enseñaron que las moléculas se mueven más al azar cuando está caliente. Sólo me pregunto qué es lo que realmente hace que algo se caliente.

Answer 1

La terminología elegante para esto es que el concepto de calor supervisa en el concepto de moléculas en movimiento.

Podemos pensar en el calor como si fueran moléculas en movimiento. También podemos pensar en muchas cosas no relacionadas con el calor como moléculas que se mueven. La energía cinética de las moléculas en movimiento es un concepto de muy bajo nivel, por lo que puede utilizarse para describir muchas cosas.

Lo único complicado de seguir la energía cinética de las moléculas es que hay muchas y a menudo están muy desorganizadas. A veces tiene sentido tratar su movimiento como "aleatorio", con cierta distribución. Cuando lo vemos así, llamamos "calor" a la energía de esos movimientos moleculares aleatorios.

La superveniencia es un término genial que tomo prestado de la filosofía. Se refiere a una propiedad de alto nivel que puede entenderse completamente como una propiedad de nivel inferior. El concepto de "calor" es una propiedad de alto nivel que puede entenderse completamente observando el movimiento aleatorio de las moléculas. Lo contrario no es cierto. Hay movimientos de las moléculas que están demasiado ordenados para ser tratados como movimiento aleatorio, por lo que esos movimientos moleculares no pueden ser considerados como "calor". Sólo los movimientos aleatorios pueden considerarse así.

Agrupar todos esos movimientos aleatorios y llamar al resultado "calor" tiene muchas propiedades interesantes. Por ejemplo, nos permite hablar de cosas como los motores, que se basan en las propiedades de los gases que exhiben estos movimientos aleatorios, sin obsesionarnos demasiado con lo que hacen realmente las moléculas individuales.

Answer 2

Es ambas cosas: En la escala más pequeña, la energía térmica es sólo energía cinética , la energía del movimiento . Es decir, la energía térmica (calentamiento) y la energía cinética son la misma cosa.

• Cuando las moléculas vibran, chocan entre sí y transfieren energía cinética a otras moléculas, que a veces irradian esta energía en forma de calor (a mayor escala). También hay que tener en cuenta que sus vibraciones son una expresión de energía cinética.
• Cuando el entorno en el que existen las moléculas se calienta, éstas absorben parte de esta energía [cinética] y, por tanto, vibran más, un poco como si al golpear una bola de billar con otra se moviera la segunda.

Answer 3

Yo optaría por la primera versión:

[Es] el calor el que causa las vibraciones en las partículas

pero más exactamente diría:

[Es] el calor que es nuestro nombre para vibraciones en las partículas

Ninguna de las dos cosas "causa" la otra, ya que no son dos cosas diferentes: una es sólo el nombre de la otra; una es a microescala y la otra a macroescala (en el caso del movimiento/vibraciones aleatorias).

Answer 4

Además de estas bonitas respuestas, me gustaría señalar que las palabras "calentar" y "calentar" son ejemplos en los que el término "calor" se utiliza de formas muy diferentes, por lo que hay que tener cuidado.

En general, "calor" significa que hay energía en tránsito, con la connotación adicional de que la forma de la energía está muy aleatorizada, o "termalizada", como subrayaron las otras respuestas. Pero "contenido de calor" es un término equivocado, porque el calor no es una variable de estado, lo que significa que no puedes decirme el estado del sistema y, por lo tanto, saber cuánto calor se puso en él para llegar a ese estado (porque, si empiezas con algunos sistemas a muy baja temperatura pero con varios volúmenes diferentes, podrías hacer que todos llegaran al estado que tienes en mente poniendo diferentes cantidades de calor, dependiendo de su historia).

Normalmente, cuando el concepto de "calor" se utiliza como sinónimo de algo como "contenido energético aleatorio", la implicación es que llegó a volumen constante (es decir, no hay trabajo del que preocuparse), y entonces la segunda ley dice que la energía interna U, que es una variable de estado, es igual al calor añadido Q. En ese caso, U también será igual a la energía cinética interna aleatoria.

Pero incluso entonces hay una arruga en los sistemas cuánticos: U no será necesariamente lo que entendemos por "contenido de energía térmica", porque el gas podría estar mostrando efectos mecánicos cuánticos, como volverse "degenerado". Si está degenerado, su contenido de energía térmica es mucho menor que su energía interna, y el calor añadido a volumen constante estará relacionado con esta última, no con la primera.

Además, el término "calentar" es aún más ambiguo, porque lo que la gente suele querer decir con él no es más que "aumento de la temperatura". Pero si se incluye el trabajo, en realidad se puede conseguir que las cosas aumenten de temperatura mediante eliminando un ejemplo clásico es la formación de una estrella, donde se tiene una nube de gas que siempre está perdiendo calor mientras se "calienta", en el sentido de aumentar la temperatura.

Así que estos términos son complicados en casos generales. Pero en el caso más simple de partículas libres clásicas a volumen constante, o resortes clásicos, entonces tu imagen funciona bien: añadir calor significa aumentar la energía cinética interna aleatoria, y la presencia de energía interna aleatoria significa que tienes algún concepto de "contenido de calor", que es el calor que necesitas añadir para alcanzar ese estado desde una temperatura muy baja.

Answer 5

No podemos sentir las vibraciones individuales de este tipo; sería como tratar de sentir cada molécula individual de una onda cuando presionan (o más exactamente ejercen fuerza o rebote) sobre la piel.

Sentimos la sensación general de calor, o de presión, que se compone de un número incalculable de colisiones y vibraciones que transfieren energía.

Lo que preguntas es un poco como preguntar si las moléculas que se mueven en el aire causan lo que sentimos como "viento que sopla sobre nosotros", o el viento que sopla sobre nosotros mueve las moléculas en el aire.

En un sentido informático es un poco como preguntar si un ordenador está ejecutando el programa BASIC "20 print x" o el código máquina de un intérprete.

Dependiendo del nivel en el que quieras mirarlo, una u otra -y tú eliges la forma de mirarlo en función de lo que sea útil para tu objetivo de mirarlo, porque ambas son respuestas válidas. No es que una sea "verdadera" y otra "menos verdadera".

Físicamente, las moléculas (u otras partículas) están en movimiento. En general, si su movimiento nos transfiere energía, podemos sentirla y llamarla "calor". Si ejercen una fuerza neta sobre nosotros, podemos sentirla y llamarla "presión".

Lo hacemos porque así es como, como formas de vida, nuestro sistema nervioso "informa" de estas sensaciones.

Lo que hace que una partícula individual se acelere es una cuestión diferente. Pero lo anterior parece ser la pregunta a la que realmente te referías, ¿lo es?