Unidad 7: Termometría. Calorimetría.

1 – TERMOMETRÍA

2 – CALORIMETRÍA

FÍSICA I

1 – TERMOMETRÍA

Es una medida del grado de agitación molécular de una sustancia.

- Es una magnitud escalar.

-Cuanto mayor sea la agitación de las moléculas de un cuerpo

� mayor será su temperatura.

Los cambios de temperatura afectan fuertemente

a las propiedades de todos los materiales

TEMPERATURA

Rama de la física que se ocupa de los métodos y medios para medir la temperatura.

Ejemplos de dos dispositivos para medir la temperatura

1 – TERMOMETRÍA

TERMÓMETROS

Es el medio más conocido o empleado para medir la temperatura.

Es un instrumento basado generalmente en el fenómeno de la dilatación que produce

el calor en la sustancia encerrada en un tubo de vidrio (mercurio, alcohol, gas, etc.).

1 – TERMOMETRÍA

ESCALAS DE TEMPERATURAS

Se eligen dos niveles de referencia:

Nivel del líquido del termómetro a la

temperatura de congelamiento del agua pura.

Nivel inferior

Nivel del líquido del termómetro a la

temperatura de ebullición del agua pura.

Nivel superior

La distancia entre ambos niveles de

referencia puede dividirse en intervalos iguales

grado

1 – TERMOMETRÍA

ESCALAS DE TEMPERATURAS

32 273

5 9 5

C F KT T T− −

= =

CT

Escala Celsius o centígrada

[°C]

KT [°K]

FT [°F]

Escala Kelvin o absoluta

Escala Fahrenheit

273K C

T T= +

1 – TERMOMETRÍA

EQUILIBRIO TÉRMICO

Dados dos cuerpos con diferentes temperaturas entre sí.

Si se ponen en contacto los cuerpos, el cuerpo con menor temperatura

se calienta y el cuerpo con mayor temperatura se enfría…

Estado en el cual se igualan las temperaturas de los dos cuerpos(se suspende el flujo de calor entre ambos cuerpos)

…el sistema tiende al equilibrio térmico

1 – TERMOMETRÍA

LEY CERO DE LA TERMODINÁMICA

Si inicialmente C está en equilibrio térmico con A y con B, entonces A y B también están en equilibrio térmico entre sí.

Dados tres cuerpos A, B y C:

2 – CALORIMETRÍA

Es una medida de la transferencia de energía de un cuerpo o sistema a otro, a causa de una diferencia de temperatura.

- Es una magnitud escalar.

CALOR

Rama de la física que se ocupa de medir la cantidad de calor generado en ciertos procesos físicos o químicos.

- La transferencia de energía ocurre siempre desde el cuerpo de mayor temperatura

hacia el cuerpo de menor temperatura, ocurriendo la transferencia hasta que ambos

cuerpos se encuentren en equilibrio térmico.

- Unidad de cantidad de calor � [J]

Se suele usar también la caloría [cal]:

1 cal ------------ 4,186 J

Q

CAPACIDAD TÉRMICA O CALORÍFICA

la capacidad calorífica del agua de una pileta

olímpica será mayor que la de un vaso de agua.

La capacidad calorífica de un cuerpo es la energía necesaria para aumentar la

temperatura en un grado Kelvin a una determinada cantidad de masa de una sustancia.

Indica la mayor o menor dificultad que presenta un cuerpo para

experimentar cambios de temperatura bajo el suministro de calor.

Es una medida de la inercia térmica.

- depende no solo del tipo de sustancia, sino también de la cantidad de masa del cuerpo.

2 cal/°C significa que se requieren 2 calorías para elevar

en 1°C una cierta cantidad de masa de una sustancia.Ejemplo:

Ejemplo:

0

limT

Q dQC

T dT∆ →

= =∆

Q : Calor absorbido por el sistema

- Unidad � [J/°K] o [cal/°C]

2 – CALORIMETRÍA

CALOR ESPECÍFICO

El calor específico de un cuerpo es la energía necesaria para aumentar la

temperatura en un grado Kelvin a la unidad de masa de una sustancia.

5 cal/g.°C significa que se requieren 5 calorías para elevar

en 1°C un gramo de una sustancia.Ejemplo:

1 dQ Cc

m dT m= =

c

Q : Calor absorbido por el sistema

- Unidad � [J/kg.°K] o [cal/g.°C]

2 – CALORIMETRÍA

CANTIDAD DE CALOR

Q mc T= ∆

Calor requerido para cambiar la temperatura de la masa m

Si y ���� ingresa calor en el cuerpo y aumenta su temperatura.0Q > 0T∆ >

Si y ���� sale calor del cuerpo y disminuye su temperatura.0T∆ <

2 – CALORIMETRÍA

Q

0Q <

2 – CALORIMETRÍA

FASE

Sin embargo, el calor también interviene en los cambios de fase de la materia.

Hasta aquí vimos la transferencia de energía (calor)

durante los cambios de temperatura.

Fase estado específico de la materia

� sólido

� líquido

� gaseoso

Ejemplo: El compuesto H2O existe en la fase sólida como hielo, en la fase líquida

como agua y en la fase gaseosa como vapor de agua.

2 – CALORIMETRÍA

CAMBIOS DE FASE

Cambio de Fase transición de una fase a otra.

La materia sigue siendo la misma… lo que cambia es su estado físico.

2 – CALORIMETRÍA

CAMBIOS DE FASE

Cambio de Fase transición de una fase a otra.

2 – CALORIMETRÍA

CAMBIOS DE FASE

Para que una masa m de material cambie de fase a la misma temperatura se debe

agregarle o quitarle una cantidad de calor:

El principio básico de la calorimetría es la conservación de la energía.

En un sistema aislado, cuyas i partes interactúan intercambiando calor, la suma

algebraica de los Qi para todas las partes del sistema debe ser cero:

Para una presión dada, los cambios de fase se dan a una temperatura definida,

acompañada por absorción o emisión de calor, y un cambio de volumen y densidad.

Q mL= ±Transferencia de calor en un cambio de fase

L: calor latente [J/kg]

Si ���� ingresa calor en el cuerpo.0Q >

Si ���� sale calor del cuerpo.0Q <

0i

Q =∑

MECANISMOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR

La transmisión del calor entre dos o más cuerpos con diferentes temperaturas requiere

el contacto directo entre éstos. Tiene lugar sin que haya transporte de masa.

� Conducción Térmica

� Convección Térmica

Depende del movimiento de una masa de una región a otra. Se da exclusivamente en

los fluidos.

� Radiación Térmica

La transferencia de calor es debida a la radiación electromagnética.

Sistema de calefacción de aire caliente. Flujo de sangre en el cuerpo.Ejemplo:

Hielera portátil. Dos barras de acero en contacto.Ejemplo:

La luz del Sol.Ejemplo:

2 – CALORIMETRÍA

MECANISMOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR

2 – CALORIMETRÍA