Calor
El calor es la energía térmica transferida de un objeto más caliente a uno más frío por conducción, convección o radiación, medida en joules.
Definition
El calor es energía térmica que se mueve de algo cálido a algo más frío, y siempre fluye de caliente a frío, nunca al revés por sí solo. Es la transferencia de energía térmica entre objetos o regiones a distintas temperaturas, medida en joules, y se mueve por conducción (contacto directo), convección (movimiento de fluidos) y radiación (ondas electromagnéticas), continuando hasta que ambos objetos alcanzan la misma temperatura, llamada equilibrio térmico. Formalmente, el calor $Q$ es la energía transferida a través del límite de un sistema debido a una diferencia de temperatura, distinta del trabajo $W$, que es la energía transferida por fuerzas macroscópicas, y la primera ley de la termodinámica dice $\Delta U = Q - W$ con $W$ el trabajo realizado por el sistema. El flujo de calor por conducción sigue la ley de Fourier, $\dot{Q} = kA\,\Delta T/L$, y la transferencia radiativa sigue la ley de Stefan-Boltzmann, $P = \sigma \epsilon A T^4$. La segunda ley prohíbe el flujo espontáneo de calor de frío a caliente.
Example
Cuando sostienes una taza de chocolate caliente, el calor fluye de la taza hacia tus manos y las calienta, y el calor fluye de tu mano tibia hacia un cubo de hielo y lo derrite. Una sartén de hierro de $0.5\ \text{kg}$ calentada de $20^\circ\text{C}$ a $180^\circ\text{C}$, con calor específico $450\ \text{J/(kg}\cdot^\circ\text{C)}$, absorbe $Q = 0.5 \times 450 \times 160 = 36{,}000\ \text{J}$. Un cristal de ventana de $1\ \text{m}^2$ de $5\ \text{mm}$ de grosor, con conductividad del vidrio $k = 0.8\ \text{W/(m}\cdot\text{K)}$, que separa $20^\circ\text{C}$ del interior de $0^\circ\text{C}$ del exterior, deja pasar $\dot{Q} = 0.8 \times 1 \times 20 / 0.005 = 3{,}200\ \text{W}$ solo a través del vidrio. Por eso las capas de aire quieto y los cristales dobles importan tanto.
Key Insight
El frío no es algo que fluye. Cuando tus manos sienten frío en el hielo, es el calor saliendo de tus manos, no el frío entrando en ellas. Un objeto tampoco "contiene" calor; contiene energía térmica, y el calor es la energía en tránsito, de la misma manera que la "lluvia" es agua en camino de la nube al suelo. El calor y el trabajo son ambos energía en tránsito, y ninguno es una propiedad de un sistema. Un gas puede ganar la misma energía interna al calentarse o al comprimirse, y una vez adentro, la energía no conserva memoria de cómo llegó.