Per què puja el globus quan l’aire que té a l’interior s’escalfa? Per què hem de tenir en compte els esforços tèrmics en les construccions d’enginyeria? Què és la temperatura?
La termodinàmica és la part de la física que tracta la descripció dels fenòmens relacionats amb la calor i la temperatura a nivell macroscòpic. El comportament dels sistemes s’expressa en termes de propietats generals com la temperatura, la pressió, el volum i el flux de calor.
S’iniciarà aquest bloc amb la definició del concepte de temperatura i d’equilibri tèrmic, que ens conduirà a la definició del principi zero de la termodinàmica. A partir de la definició de temperatura, es discuteixen algunes magnituds termomètriques la variació de les quals està relacionada amb un canvi de temperatura (termòmetres i escales de temperatura). Així s’estableix que la calor és l’energia transferida entre dos cossos o entre un cos i el seu entorn com a conseqüència de la diferència de temperatures entre ambdós. La termodinàmica estableix que el flux de calor es produeix des del sistema de major temperatura cap al de menor temperatura fins arribar a l’equilibri tèrmic (i mai en el sentit contrari).
Una qüestió important en enginyeria civil que es tracta també en aquesta sessió és el fenomen de la dilatació tèrmica. Aquest fet s’ha de tenir en compte, per exemple, en els ponts on és usual utilitzar juntes de dilatació per a evitar o minimitzar els esforços d’origen tèrmic. A més a més, es posarà èmfasi en el comportament anòmal de l’aigua entre 0 ºC i 4 ºC. A continuació, s’analitzen els fenòmens de la propagació de la calor focalitzant el seu estudi al mecanisme de conducció. Aquest és un cas de física aplicada a la construcció on s’ha d’aïllar tèrmicament els edificis per a complir la normativa d’eficiència energètica que marca el codi tècnic de l’edificació. La llei de Fourier per a una pared plano-paral·lela relaciona el flux de calor que s’estableix en el règim estacionari i es pot deduir la corresponent llei per a una geometria cilíndrica i esfèrica. Es descriu breument la transferència de calor pels mecanismes de convecció i radiació així com les seus principals característiques.
El Professor del MIT (Massachussetts Institute of Technology) té un curs de física sencer enregistrat, lògicament en anglés, i podeu escoltar en el següent vídeo la sessió corresponent a la calor i temperatura.
[kml_flashembed movie="http://www.youtube.com/v/sr0yMWdWie0" width="480" height="360" wmode="transparent" /]
S’acabarà la primera sessió amb l’estudi de la capacitat calorífica, la calor específica i el calor latent de fusió i vaporització. Es defineix la capacitat calorífica d’una substància com l’energia tèrmica necessària per a augmentar en un grau la seua temperatura. S’analitzen els canvis de fase, la principal propietat de la qual és que el canvi d’estat d’una substància es produeix sense variació de temperatura. La versió en castellà i la bibliografia d’aquest bloc es pot consultar ací.