Post on 04-Jul-2015
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CALOR
(q)
Hola Pedro, te
cuento que hoy
seré tu maestro…
¡Qué bien! quien mejor
que usted, maestro
Albert Einstein, para
despejar mis dudas.
¡Que no salga el calor!!!
¡O que entre el frío!!!Pedro, cierra la
ventana. Que no
salga el calor.
EL CALOR y LA TEMPERATURA
¡Maestro! tengo que preguntarle algo.
Ayer, papá me dijo que cerrara la
ventana para que no salga el calor……
No entendí lo que me quiso decir.
...... Además el otro día sin
querer toque la plancha y
me quemé. ¿Cómo es que
ocurren estos fenómenos?
Uhmmm, interesante… veo que tienes una
curiosidad científica.
Te explicaré qué sucedió en ambos casos.
No olvides que la
constitución de la
materia tiene
como unidad al
ÁTOMO
ANTECEDENTES HISTÓRICOS
Antiguamente se creía que el calor era una sustanciapresente en los cuerpos calientes a la quedenominaron CALÓRICO, (en la actualidad sólo esvigente el nombre con el que se denominaCALORÍA a la unidad de calor).
Posteriormente, ANTOINE LAVOISIERE aportóen este campo con sus principios de combustión. En1798, BENJAMÍN THOMPSON revolucionó laciencia cambiando la concepción sobre el calor,relacionándolo con el movimiento molecular. Añosdespués, JAMES PRESCOTT JOULE sustentó elmovimiento molecular con la producción de untrabajo mecánico. En honor a él, el SistemaInternacional de Unidades, SI, a la unidad de calor,le dió el nombre de joule (J). 1 cal = 4,184 J.
Pedro, ahora te contaré la historia del Calor
Entonces…… ¿Qué es el calor?
La agrupación
de átomos
forma las
Moléculas
El calor es un
tránsito. Es decir, un
flujo de energía...
...Cuando disminuye el calor las moléculas vuelven a
su estado original con menor movimiento.
El CALOR es una cantidad de Energía
Térmica que se transfiere de un cuerpo
a otro por efecto acumulativo de
colisiones atómicas individuales.
Sol Volcán
Y artificiales como la reacción de combustión del gas propano
Presente en el balón de gas de cocina…
2C3H8+702 6CO2 + 8H2O + Propano Anhi
Carbónico
Otras como combustión de: petróleo,
gasolina, etc …
Sabes Pedro, en la naturaleza
encontramos fuentes de calor tales como...
Fogata
Maestro ¿Cómo pasa el
calor de un cuerpo a otro?
RADIACIÓN
CONDUCCIÓN
CONVECCIÓN
Conducción
Radiación
Convección
… El calor es la energía que pasa de un cuerpo a otro por TRANSFERENCIA, como un flujo
de energía. Esto ocurre de molécula a molécula.
… Observa Pedro las siguientes imágenes para que
identifiques las formas de transferencia del calor.
Ayer te observe
comiendo en el recreo…
Te gusta mucho las
hamburguesas, helados
y tortas ¿No?.
Sí, me encantan y con
bastantes cremas.
( Ya me provocó un )
¿Sabías que los alimentos que
consumimos nos proporciona
energía; esta energía no es
almacenable pero podemos
medirla por los efectos que
produce?
Por lo visto tengo
mucha energía
potencial por todo lo
que he comido hoy.
Aquí te muestro cuantas Kilocalorías
(kJ) tienen algunos alimentos
comúnmente consumidos.
Sustancia kcal kJ
Torta de Chocolate
(Tajada)140 585.8
Bola de helado de vainilla 145 606.7
Pan con mermelada 225 941.4
Un vaso de vino tinto seco 75 313.8
Un sorbo de Whisky 105 439.3
Aumento de temperatura deseado ∆°T.
La masa del cuerpo del sistema…m
La sustancia que lo constituye, mejor dicho su calor específico, que es la energía (calor) necesaria para aumentar un grado de temperatura de un gramo de la sustancia considerada….cp Esto se resume en la siguiente ecuación fundamental de la
calorimetría.
Como ya sabes… al aportar calor a un sistema, éste
aumenta su temperatura al igual que su energía interna,
dependiendo de tres factores. Éstos son:
Entonces:
La cantidad de calor que hay que suministrar a un cuerpo para
elevar su temperatura, depende del incremento de temperatura y
de la masa del sistema que se calienta.
Q= m.cp. ∆ T ∆ T= Tf - Ti
Cp Agua
Ti Tf
Por eso, es importante una ALIMENTACIÓN
BALANCEADA que debe contener….
Calores específicos de algunas
sustancias a 25 °C_________________________________
Sustancia Calor específico
cal g-1 °C-1 J g-1 °C-1
__________________________________H2O(s) 0,49 2,092
H2O(l) 1,00 4,184
H2O(g) 0,48 2,008
Na 0,29 1,213
NaCl 0,21 0,879
Cu 0,092 0,385
Zn 0,093 0,387
Bi 0,029 0,121
Pb 0,031 0,130
Hg 0,033 0,138
Fe(a) 0,107 0,448
CALORES LATENTES
Calor latente es el calor necesario para cambiar un
gramo de una sustancia pura de un estado a otro sin
variación de la temperatura. También se puede
considerar como el calor necesario para cambiar un
mol de sustancia de un estado a otro en cuyo caso se
le denomina calor latente molar. Por ejemplo en la
fusión se le conoce como calor de fusión o calor
molar de fusión. El flujo de calor para el proceso
inverso, la congelación, es el calor de solidificación o
calor molar de solidificación. Estos calores son
iguales en magnitud pero tienen signo opuesto.
Los calores latentes de vaporización y
condensación son los términos
correspondientes para los cambios entre los
estados líquidos y gaseosos. Algunas veces una
sustancia puede cambiar de sólido
directamente a gas; en este caso, el calor
latente envuelto en el proceso es el calor
latente de sublimación y es igual a la suma de
los calores de fusión y vaporización a la
temperatura
dada.
Las unidades de calor latente están implícitas
en la definición: calorías gramo-1 o calorías
mol-1 en unidades CGS y J kg-1 o J mol-1 en
unidades SI. Así :
Calor de fusión del hielo = 80 cal g-1(a 0°C y 101,3 kPa)
Calor de fusión del hielo = 80 cal g-1 x 18 g mol-1
Calor de fusión del hielo = 1 440 cal mol-1
Calor de fusión del hielo = 1 440 cal mol-1 x 4,184 J cal-1
Calor de fusión del hielo = 6 025 J mol-1
Calor de fusión del hielo=6 025 J mol-1 x 18 g mol-1x10-3 kg g-1
Calor de fusión del hielo = 334 720 J kg-1
∆Hv del agua = 540 cal g-1(100°C, 101,3 kPa)
∆Hv del agua = 9 720 cal mol-1
∆Hv del agua = 4 066 kJ mol-1
∆Hv del agua = 2 259 kJ kg-
Los problemas que comprenden calor latente se
resuelven basados en la definición:
q = masa x calor latente
o
q = moles x calor latente molar
Ejemplo : Hacer un diagrama que muestre los
cambios que sufre un gramo de agua desde
-10 hasta 110°C y calcular el calor involucrado.
Solución: El esquema es el de la Figura 1.3,
donde la curva comienza en el punto A, a
-10°C; el calor específico del hielo entre -10 y
0°C es 2,092 J g-1 °C-1. Agregando 2,092 J a l g
de hielo elevará su temperatura hasta 0°C
(punto B), su punto de fusión, de acuerdo a la
ecuación :
qab = m cp ∆T
reemplazando:
qab = 1 g x 2,092 J g-1 °C-1 x [0 -(-10)]°C
qab = 20,92 J
Figura 1.3: Diagrama que muestra la absorción de
calor de 1 g de agua desde –10 a 110°C (No a escala)
donde qab representa el calor absorbido por el
hielo para ir desde A hasta B. Entre B y C la
temperatura permanece constante (0°C) y el
calor adicional, qbc , se usa para fundir el hielo;
como el calor de fusión del hielo es de 334,7 J
g-1 , se necesitarán 334,7 J para fundir un
gramo de hielo de acuerdo a la ecuación (1.8).
q = masa x calor latente de fusión
Una vez que el hielo se ha fundido totalmente
(punto C), la adición de calor eleva la
temperatura según la ecuación (1.1);
en consecuencia, se necesitan 1 g x 4,184 J g-1
°C-1 x 100°C = 418,4 J (qcd) para calentar un
gramo de agua desde 0°C (punto C) hasta el
punto de ebullición (D) a 100°C. Al continuar
calentando, la temperatura permanece constante
por que la energía añadida, qde , lleva el líquido
hasta gas (E), con un calor de vaporización de
2.259 J por gramo. Al evaporarse totalmente el
líquido, la energía adicional eleva la temperatura
de acuerdo con el calor específico del vapor,
2,008 J g-1 °C-1 . O sea que para llevar la
temperatura desde 100 hasta 110°C, se
consumirán 20,08 J, así:
qde = masa x calor latente de vaporización
qde = 1 g x 2 259 J g-1 = 2 259 J
qef = m cp ∆T ∆T = 110 -100 = 10°C
reemplazando:
qef = 1 g x 2,008 J g-1 °C-1 x 10°C
qef = 20,08 J.
en resumen, la energía total consumida entre los
puntos A y F será igual a la suma de los
calores individuales entre éstos puntos, es
decir:
qaf = qab + qbc + qcd + qde + qef
Es parte de la termodinámica que se encarga de las mediciones del calor en una reacción química o un
cambio físico, utilizando instrumentos de medición que se denominan CALORÍMETROS.
Ahora, definiremos qué es
la CALORÍMETRIA......
CALORÍMETRO CALORÍMETRO