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