EL CALOR Y LA TEMPERATURA - Teoría · 2013-05-18 · calor es absorbido por la sustancia que está...
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EL CALOR
Y LA
TEMPERATURA - Teoría
Prof.- Juan Sanmartín
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4º Curso de E.S.O.
INTERCAMBIO DEL CALOR COMO FORMA DE
TRANSFERENCIA DE ENERGÍA
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Pese a que los cambios que pueden producirse en los sistemas son muy variados, el modo
en que los sistemas intercambian energía solo se produce de dos formas: mediante el
calor y el trabajo.
Mediante el calor. El Intercambio térmico se produce, entre dos sistemas que se encuentren
en desequilibrio térmico; esto es a diferente temperatura. Pasa del de mayor temperatura a
menor. Dos sistemas a igual temperatura se encuentran en equilibrio térmico.
Mediante trabajo. El intercambio mecánico se da cuando las fuerzas actúan sobre los
cuerpos y se desplazan, deforman o modifican de algún modo su movimiento. Es el tipo de
intercambio energético que se produce en las máquinas: un coche, una grúa, una lavadora.
El calor y el trabajo son dos magnitudes físicas. Al ser formas de transferencia de energía, el
calor y el trabajo se miden en las mismas unidades que la energía: en julios (j) o kilojulios (.1Kj
= 1000 j). En el caso del calor también se utiliza calorías (1 caloría= 4,18 J)
EFECTOS DE LA TRANSFERENCIA DE ENERGÍA TÉRMICA
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Si ponemos en contacto dos cuerpos con diferente temperatura, el que posee más
energía térmica la cede al otro en forma de calor, hasta que se igualan las temperaturas.
Entonces la energías de los dos cuerpos también son iguales y se ha alcanzado el
equilibrio térmico.
donde T1 > T2 T = T
El aporte o perdida de calor de un cuerpo produce cambios en su energía interna y por
tanto, de su temperatura. Este aumento o disminución de la energía térmica, produce
cambios de estado, dilataciones y contracciones, transformaciones químicas, etc…
La dilatación y la contracción de los cuerpos se producen porque, al aumentar o
disminuir su energía interna, las moléculas se agitan más o menos. Entonces las
distancias entre ellas varían y también los espacios en los que se agitan. Si se agitan
más se produce un aumento de tamaño del cuerpo (dilatación) y si se agitan menos una
disminución (contracción).
T1 T2 T T
CALOR, TEMPERATURA Y EQUILIBRIO TÉRMICO
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Calor y temperatura son conceptos diferente.
El calor es energía en movimiento, es decir energía térmica transferida de un sistema que está a mayor temperatura, a otro que está a menor.
La temperatura es la magnitud física que mide la cantidad de energía térmica que tiene un cuerpo o un sistema.
Las moléculas que forman todos los cuerpos están siempre en movimiento. La temperatura nos informa del grado de agitación de las partículas de un cuerpo y equivale al valor promedio de la energía de todas sus partículas.
La unidad de temperatura en el S.I. es el grado Kelvin (K) de la escala absoluta. Pero la escala que se utiliza normalmente es la escala Centígrada, en la que la unidad es el grado centígrado (ºC) es la temperatura de fusión del hielo; y el valor de 100ºC, es la temperatura de ebullición del agua.
DISTINCIÓN ENTRE CALOR Y TEMPERATURA. LOS TERMOMETROS
El calor como hemos estudiado el calor es el transito de energía entre dos sistemas en
desequilibrio térmico. El de mayor temperatura cede energía al otro. Por tanto, el calor es
energía en transito y se mide en julios.
La temperatura no es energía; expresa el estado de agitación molecular de un cuerpo y se
mide en kelvin, o en grados centígrados.
El calor y la temperatura son dos magnitudes distintas.
Escalas termométricas:
Escala centígrada toma como puntos de referencia las temperaturas de fusión y
ebullición. Del agua a una atmósfera de presión y se les asigna valores de 0 a 100.
Escala Fahrenheit: Hace corresponder los mismos puntos con 32º F y 212º F. La
escala se divide en 180 partes iguales.
Escala Kelvin. No es una escala arbitraria; su cero se sitúa en el punto de la
temperatura mínima posible, donde los átomos y las moléculas estarían en reposo. Este
punto se corresponde aproximadamente con – 273 ºC. La unidad de temperatura en el
S.I. es el Kelvin (K)
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ESCALAS TERMOMÉTRICAS
Temperaturas (Unidades)
ºC ºF K
-273ºC -459,4ºF 0 K
100 u
nid
ades
100 u
nid
ades
180 u
nid
ades
0ºC 32ºF 273 K
373 K100ºC 212ºFEn el gráfico vemos las tres escalas de
temperatura.
La ESCALA CENTÍGRADA toma como
referencia las temperaturas de fusión y
evaporación del agua en Condiciones
normales y les asigna 0ºC a la de fusión
y 100ºC a la de evaporación. Entre ellas
existirán 100 unidades.
La ESCALA FARENHEIT asigna a los
anteriores valores 32ºF y 212ºF
respectivamente y por lo tanto
tendremos 180 unidades entre ambas
temperaturas.
La ESCALA ABSOLUTA O KELVIN esta
basada en los problemas de valores
negativos en las ecuaciones de gases y
por lo tanto se busco el 0 absoluto
manteniendo la escala de la
CENTIGRADA que coincide con los -
273ºC de esta.
Transformaciones
KC º De Grados Centígrados a Kelvin se pasa añadiendo a los G.
Centígrados 273 unidades.
¡OJO! GRADOS CENTÍGRADOS, GRADOS FARENHEIT
Y KELVIN, NO GRADOS KELVIN.
273º CK
Ejemplo
KCK
KC
KCK
KC
139273º134
º134
276273º23
º23
73ºC273200KºC
ºC200K
137ºC273410KºC
ºC410K
Transformaciones
FC ºº La transformación se complica al tener diferente escala. Tenemos
que aplicar las siguientes formulas:
180
32º100º
FC
Ejemplo
12,2ºC
180
3254100
180
32ºF100ºC
ºC54ºF
29,2ºF32100
1803432
100
180ºCºF
ºF34ºC
77ºF32100
1802532
100
180ºCºF
ºF25ºC
32100
180ºCºF
Transformaciones
KF ºEn este caso tenemos que pasar por Grados
Centígrados para la tranformación.
180
32º100º
FC
Ejemplo
ºF32100
18032
100
180ºCºFCkC
CK
KCKºC180
32100
180
32ºF100ºC
KF
ºF32100
18032
100
180ºCºFCkC
ºFk
7725
º25273298º
º298
6,248273º4,244,2412
º12
6,8027
º27273300º
300
32100
180ºCºF
273º CK
CALOR ESPECÍFICO
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No todas las sustancias absorben o desprenden, en igualdad de masa, las mismas
cantidades de calor. Dependen de su naturaleza química, es decir, del tipo de partícula
que la compone y de cómo se encuentran unidas. Así, para elevar 1 kelvin la temperatura
de un kilogramo de hierro se necesitan 458 Julios, mientras que 1 kilogramo de alcohol
requiere de 2450 Julios (estas cantidades se desprenden cuando la temperatura
disminuye 1 kelvin). En base a esta propiedad característica de cada sustancia, definimos
el calor específico Ce.
Definimos Calor Específico de una sustancia como la cantidad de Energía (Q) que hay
que proporcionar a 1 kg. de esta para elevar su temperatura 1 kelvin. Esto se expresa de
la siguiente manera
Siendo la variación de temperatura, la temperatura final (o de equilibrio) de la sustancia
menos la inicial
Tm
QCC eespecifico
sustancia
inicialfinal TTT
CALORES ESPECÍFICOS
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Sustancia Calor específico
Agua (líquida) 4180
Hielo (Agua sólida) 2090
Vapor de agua 2090
Alcohol 2450
Aluminio 899
Hierro 452
Cobre 385
Mercurio 138
Plata 234
Plomo 130
Oro 130
TABLA DE CALORES ESPECÍFICOS
DE DIFERENTES SUSTANCIAS. Las
unidades son:
KelvinKilogramo
Julios
KKg
J
CALOR ESPECÍFICO / ENERGÍA CALORÍFICA
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Por lo tanto, la energía (Q) necesaria para elevar una masa (m) de una sustancia cuyo calor
específico es Ce , del una temperatura inicial (Tinicial o T0) hasta una temperatura final o de
equilibrio (Tf ), viene dada por la siguiente expresión.
inicialfinalesustancia TTCmQsustancia
De lo que podemos deducir que:
Si Tf > T0 entonces Q > 0, el calor es absorbido por la sustancia que está a menor
temperatura y esta se eleva.
Si Tf < T0 entonces Q < 0, el calor es cedido por la sustancia que está a mayor temperatura
y esta se reduce.
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Q Si Tf > T0 entonces Q > 0, el
calor es absorbido por la
sustancia que está a menor
temperatura y esta se eleva.
Es, por ejemplo, el caso de los
alimentos en un horno que
aumentan su temperatura al
recibir el calor de este.
Si Tf < T0 entonces Q < 0, el calor
es cedido por la sustancia que está
a mayor temperatura y esta se
reduce. Es, por ejemplo, el caso de
los alimentos en la nevera que
disminuyen su temperatura al recibir
el calor de este.
Fin
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