¿Existe el calor?

Las respuestas que obtienes dependen no sólo de qué preguntes sino de cómo hagas las preguntas. Si pretendes cobrar un extra por la salsa es mejor que tus empleados pregunten “¿barbacoa o ranchera?” que un plano y directo “¿quieres salsa?”. La primera pregunta da por hecho que el cliente la quiere mientras que la segunda abre la posibilidad de la negativa. Este descubrimiento de McDonald’s fue la inspiración inversa para mi pequeño experimento en Twitter. La idea era comprobar experimentalmente los conceptos que sobre el calor tiene la gente, pero en vez de preguntar “¿qué es el calor?” preguntamos “¿existe el calor?”, dejando abierta la puerta a negar la mayor. Y se lió.

Recibimos respuestas de todo tipo. Desde las que, asumiendo su existencia, se basaban en una apreciación puramente intuitiva del calor asociado a sensación térmica (¿que si existe? Vente para Córdoba, Bilbao, Paiporta, etc.), a muy técnicas, en las que el calor no es más que una forma que adopta una cantidad escalar dependiente del observador y conservada determinada por la simetría bajo traslaciones temporales que contiene toda la información dinámica del sistema (en román paladino, el calor es una forma de energía), a intermedias y de libro de bachillerato donde se le asocia al trabajo de un sistema (U= Q+W). Por otra parte aparecieron respuestas en las que se negaba la existencia del calor (puesto que directamente es energía), aproximaciones macroscópicas y microscópicas, restricciones en el uso del término y asimilaciones a otras variables como la entalpía (de combustión, de solidificación, de formación, etc.), etc., etc.

Pero lo importante no eran las respuestas en sí, sino la ilustración de que el concepto de calor, tan omnipresente y tan fundamental en la ciencia y en la técnica, no es un concepto bien establecido. Habrá quien diga que él lo tiene claro, pero si una misma palabra suscita respuestas tan disímiles, estará conmigo en que algo falla.

La raíz de este problema es histórica y terminológica. Vamos a explorar sucintamente los distintos planteamientos del concepto de calor, el origen de esta terminología y veremos finalmente que existe una aproximación que puede contribuir a solucionar esta confusión, sobre todo a los estudiantes que se enfrentan por primera vez con los conceptos de la termodinámica. Pero vayamos por partes, e intentaremos hacerlo muy facilito.

Conceptos de calor.

A todos nos suena que la termodinámica trata de la temperatura y el calor. El no físico tiene una idea intuitiva de ambos conceptos que usa diariamente (otra cosa es que se pare a reflexionar, nos referimos aquí al uso cotidiano): la temperatura mide lo que cualitativamente se describe como “caliente” y “frío”. El calor para el no físico es lo que hay en el depósito de agua caliente cuando dice “aquí se almacena el calor que después se distribuye por la casa”. El no físico también sabe que “el calor se termina escapando” y “se va” al entorno que está más frío y que por ello necesita “producir calor”, lo que se puede lograr en general de diversas maneras: con una llama, con un cable eléctrico o por fricción.

Veamos el físico. De la temperatura la idea a la postre es más o menos parecida a la del no físico. Pero con el calor empezamos a enfrentarnos con cosas raras. Así, te puedes encontrar escritas en un libro de texto frases como “Cuando aportas calor a un cuerpo éste se calienta”, que no parece muy extraña en principio. Pero es que inmediatamente después se te dice que no es correcto, o que no está permitido decir, que el cuerpo contenga ahora más calor. Aportamos calor a un cuerpo, pero éste ahora no contiene más calor. ¿Y entonces? Entonces te dicen que lo que ha ocurrido es que ha habido un incremento en la energía interna del cuerpo. No pasa nada, concluimos pues que el calor es energía interna…¡No! El calor no es energía interna: añades calor y consecuentemente la energía interna se incrementa…y el profesor te mira enarcando las cejas con cara de “¿lo captas?”. Y a partir de ahí se repite lo mismo como un mantra sin comprender lo que hablamos. A efectos prácticos, estoy convencido de ello, muchos físicos y químicos piensan en términos intuitivos en el día a día: el calor del cuerpo aumenta y punto. Lo que ocurre es que no lo pueden decir en voz alta.

Entonces, ¿qué es el calor desde el punto de vista físico? La clave está en que, paradójicamente, el corazón de la termodinámica (macroscópica, no confundir con la mecánica estadística) realmente no es el calor, como parece indicar su nombre, sino el trabajo. Ello se debe a que esta ciencia tiene un origen práctico y no fue desarrollada en sus inicios por físicos sino por ingenieros, médicos y militares. El calor, al igual que el trabajo, está definido en términos de procesos. Antes y después del proceso de transferencia de energía entre el sistema y su entorno, el calor y el trabajo no existen. El calor y el trabajo son formas de transferencia de energía más que formas de energía. Como medidas de la transferencia energética tienen unidades de energía.

El trabajo es una transferencia de energía entre el sistema y su entorno debida a una fuerza macroscópica (observable) que actúa a lo largo de una distancia. Cuando cuerpos a temperatura diferente se ponen en contacto, las colisiones entre las moléculas de los dos cuerpos provocan una transferencia de energía del cuerpo más caliente, cuyas moléculas tienen una energía cinética mayor, al cuerpo más frío. El calor es, pues, trabajo a nivel molecular, microscópico.

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Post completo en: Cuaderno de Cultura Científica

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