Transferencia de calor

No sé qué opines, pero hoy  me gustaría hablar de pizza.  Es noche de pizza, por lo que estoy  oliendo la pizza que está en el horno.  Claro, todo en mi imaginación. Y sé que se supone que hablemos de calor   y equilibrio térmico, pero te sorprenderá saber  cómo podemos relacionar todos estos conceptos. Ahora, si eres tan impaciente como yo,  probablemente pongas una rebanada de pizza   en tu plato tan pronto como salga del horno   y tal vez también hayas notado  que la base del plato se calienta. Así que analicemos lo que está pasando aquí. Tenemos la temperatura de la pizza, T   subíndice pizza,  que es más cálida que la temperatura  de nuestro plato, T subíndice plato.  Entonces, como la temperatura de la  pizza es más alta que la del plato,   el plato comienza a calentarse. La temperatura de la pizza, por otro lado,   comenzará a disminuir. Y esto sucederá siempre que   la temperatura del objeto uno no sea la  misma que la temperatura del objeto dos. Sabemos que la temperatura es la forma en la  que expresamos que algo está caliente o frío.  Pero, ¿qué significa caliente o frío? La temperatura es en realidad la medida   de la energía cinética promedio  de las partículas en un objeto.  Así que reflexionemos sobre este hecho por  un segundo para poder estudiarlo a detalle.  Entonces, la temperatura es la energía  cinética promedio de las partículas.  Y la energía cinética, como sabemos, es   un medio por la masa, multiplicada  por la velocidad al cuadrado.  Por lo tanto, cuando la pizza está  caliente, sus partículas se mueven   más rápido que si estuviera fría. Y cuando las partículas y los   objetos se mueven, en realidad, están vibrando. Entonces, lo que sucede en el objeto más caliente   es que las partículas que lo componen vibran  más rápido que cuando el objeto está más frío,   y eso es lo que significa que  un objeto esté caliente o frío. Este tipo de energía cinética, que se  refiere al movimiento de partículas,   también se conoce como energía térmica.  Ahora, quizá te estás preguntando:  "Si la temperatura es la medida de la energía  cinética de las partículas en los objetos, y   tenemos la pizza en el plato con sus temperaturas  cambiando, ¿significa que hay algún tipo de   transferencia de energía aquí?" Y estarías en lo correcto. El calor es la transferencia de energía entre  objetos que tienen diferentes temperaturas.  Lo anterior es un concepto muy importante,  así que escribamos la siguiente definición:  El calor es la transferencia de energía entre  objetos que tienen diferentes temperaturas.  Como puedes ver con nuestra pizza y el  plato, el calor se transfiere de la pizza   caliente al plato frío, es decir,  del objeto caliente al objeto frío.  ¿Por qué sucede eso? Sigamos adelante   y analicemos nuestro problema para profundizar  sobre lo que está sucediendo en el sistema.  En realidad, mucha energía también se transferirá  de la pizza al aire que la rodea, pero para   simplificar el problema y tener en cuenta solo la  pizza y el plato, este hecho no se considerará.  Como se mencionó, cuanto  más alta es la temperatura,  más se mueven y vibran todas las  partículas que componen el objeto. Por lo que ahora dibujaremos  las partículas de la pizza.  Usaremos el color amarillo   para representar la pizza y le daré a sus partículas un   vector de velocidad más largo que el vector  de velocidad de las partículas del plato.  Suponemos que las partículas de la  pizza y el plato tienen la misma masa.  De esta forma, podemos anular  el término masa de la ecuación   de la energía cinética y simplificar el problema. Considerando lo anterior,  podemos enfocarnos en las   velocidades de todas las partículas del sistema. Cuando pones una rebanada de pizza en el plato,   las partículas de la superficie de  ambos objetos entrarán en contacto. Veamos qué sucede cuando las  partículas más rápidas de la pizza   chocan con las partículas más  lentas de la superficie del plato.  Cuando las partículas chocan, la  energía cinética se transfiere entre las   partículas. Dado que las partículas del objeto más caliente,   en este caso la pizza, tienen más energía, pueden  dar algo de esa energía a las partículas del   objeto más frío, por lo que la energía siempre se  transfiere del objeto más caliente al más frío. Cuando las partículas del objeto más  caliente transfieren parte de su energía   a las partículas del objeto más frío,  las partículas del objeto más caliente ahora  han perdido algo de energía y se ralentizan.  Eso lo podemos mostrar usando un  vector de velocidad más pequeño.  Al mismo tiempo, las partículas del objeto más  frío han ganado energía y se han acelerado. Así que ahora esta partícula de la pizza   tiene una velocidad diferente a la  de una partícula vecina en la pizza.  Entonces, cuando chocan, ¿adivina qué? Se transfiere energía nuevamente.  La partícula más rápida le dará  algo de energía a la más lenta  y, en el proceso, se ralentizará. Y este efecto domino se traslada a   todas las partículas del sistema,  en el plato y en la pizza,   hasta que todas las partículas  tienen la misma energía cinética. Y cuando las partículas en ambos objetos  tienen la misma energía cinética,   la energía ya no se transferirá  entre los dos objetos alcanzando   así un estado de estabilidad,  que llamamos equilibrio térmico. Imagina que dejas tu pizza sobre la mesa  demasiado tiempo y cuando vuelves ya esta fría.  Si midieras la temperatura de la  pizza y el plato, serían iguales.  Ahora sabemos que la transferencia  de calor solo ocurre cuando la   temperatura es diferente entre los objetos. Entonces, cuando la temperatura es la misma,   no se transfiere calor, y esto es lo  que se define como equilibrio térmico. En otras palabras,   el equilibrio térmico ocurre cuando no  hay transferencia de calor en el sistema.  Como vemos, resulta que la pizza es  bastante útil para aprender sobre   la transferencia de calor y el equilibrio térmico.  Si no te importa, esa pizza me  está llamando, y personalmente  prefiero comerla antes de que alcance  el equilibrio térmico con mi plato.