CALOR Y TEMPERATURA

CECyT 12 –I.P.N.

FISICA IIPROFRA.: ETCHECHURY ALVAREZ MARÍA VIRGINIA

TERMOLOGÍA

• La Termología es la parte de la física que estudia los fenómenos del calor y temperatura en los cuerpos.

• A fines del siglo XVIII, Benjamin Thompsom descubrió que al barrenar un cañón la fricción produce calor.

EQUIVALENTE MECANICO DEL CALOR

• Más tarde James Joule descubrió que cuando se proporciona energía por fricción para producir trabajo mecánico, éste puede ser transformado a una cantidad equivalente de calor.

• Tales antecedentes dieron lugar a la TEORÍA CINÉTICA, la cual atribuye el calor a la ENERGÍA Interna de los cuerpos la cual depende de la ENERGÍA CINÉTICA y POTENCIAL de los mismos.

DIFERENCIA ENTRE CALOR Y TEMPERATURA

• EL CALOR sólo se transmite de los cuerpos calientes a los fríos.

• El calor es una forma de energía que tiene su origen en el movimiento de las moléculas de los cuerpos y que se desarrolla por el roce o choque entre las mismas

• EL CALOR de una sustancia es la suma de la ENERGÍA CINÉTICA de todas sus moléculas.

• temperatura de una sustancia es la medida de la ENERGÍA CINÉTICA promedio de sus moléculas.

• " La temperatura es la medida de la energía cinética media de las moléculas de un cuerpo."

DIFERENCIA ENTRE CALOR Y TEMPERATURA

Donde hay mayor masa habrá más calor, aunque exista la misma temperatura

MEDIDA DE LA TEMPERATURA.• Para medir la temperatura se

utiliza el termómetro, que puede ser:

- de mercurio, registra de 357°C a -39°C.

-de tolueno, registra temp. menores de -130°C

- de alcohol registra hasta -130°C

- de termostato, registra temp. mayores de 357°C

ESCALAS TERMOMÉTRICAS.

• FAHRENHEIT.-(Gabriel Fahrenheit, alemán) se basa en el punto de fusión del agua (32°F) y la temp. de ebullición del agua (212°F), entre las cuales existen 96 divisiones.

• CELSIUS.- (Andrés Celsius, sueco) se basa en el punto de fusión del agua (0°C) y de ebullición del agua, entre ambas temperaturas existen 100 divisiones iguales = 1 grado centígrado

• KELVIN.- (William Kelvin, inglés), se basa en la menor temperatura posible: el 0 cero absoluto igual a -273°C, y la mayor temperatura es la de ebullición del agua (373°C). 1 grado Kelvin es igual a un grado Celsius.

ESCALAS TERMOMÉTRICAS.• CONVERSIÓN DE TEMPERATURAS

DE UNA ESCALA A OTRA.• 1) para convertir de grados

Celsius a grados Kelvin:• °K = °C +273• 2) para convertir de grados

Kelvin a grados Celsius:• °C = °K 273• 3) para convertir de grados Celsius a

grados Fahrenheit:• °F = 1.8°C + 32• 4) para convertir de grados

Fahrenheit a grados Celsius:

1.832F

C

DILATACIÓN • Los cambios de

temperatura afectan las dimensiones de los cuerpos, al calentarse se dilatan y al enfriarse se contraen (sólidos, líquidos, sólidos).

• La dilatación puede ser lineal, superficial o volumétrica.

DILATACIÓN LINEAL Y COEFICIENTE DE DILATACIÓN LINEAL

• Una barra de cualquier metal, aumenta en sus tres dimensiones: largo ancho y profundidad; por lo cual su dilatación es cúbica. Sin embargo en los alambres, varillas o barras la dilatación de interés es la longitudinal es decir su dilatación es lineal

COEFICIENTE DE DILATACIÓN LINEAL• COEFICIENTE DE

DILATACIÓN LINEAL:• Es el incremento de

longitud que presenta una varilla de determinada sustancia, con una longitud inicial de un metro, cuando su temperatura se eleva

• 1 °C.• Para calcular el

coeficiente de dilatación lineal, se emplea la siguiente ecuación:

• donde:• = coeficiente de dilatación

lineal • en 1/°C ó en °C -1• Lf = longitud final en m• Lo = longitud inicial en m• T f = temperatura final en °C

)T(TLLL

α0f0

0f

LONGITUD FINAL• De la ecuación anterior y conociendo , podemos

saber la longitud final:

• El coeficiente de dilatación para los sólidos es α y para los fluídos es β y β =3 α .

• Existen tablas de coeficiente de dilatación lineal y volumétrica para las distintas sustancias.

0f0F TTα1LL

COEFICIENTES DE DILATACIÓN LINEAL, CÚBICA Y PARA GASES

COEFICIENTE DE DILATACIÓN CÚBICA.

• Es el incremento de volumen que experimenta un cuerpo de determinada sustancia, de volumen igual a la unidad; al elevar su temperatura 1°C. La dilatación cúbica se emplea para los líquidos. Se expresa:

• Al conocer el coeficiente de dilatación cubica de una sustancia se puede calcular el volumen que tendrá al variar su temperatura:

Donde: V f = volumen final en m3 To = temperatura inicial en °CVo = volumen inicial en m3T f = temperatura final en °C = coeficiente cúbica, en 1/°C ó °C -1

3αβ

0f0f TTβ1VV

DILATACIÓN DE LOS GASES

• El coeficiente de dilatación cúbica es igual para todos los gases. Por cada grado Celsius en que varíe su temperatura, variará su volumen en 1/273 del volumen que ocupaba a 0°C; así: = 1/ 273 para cualquier gas.

FORMAS DE PROPAGACIÓN DEL CALOR • El calor o energía térmica siempre se propaga de los cuerpos

calientes a los fríos de tres maneras:• a) por conducción.• b) por convección.• c) por radiación• CONDUCCION: Es la forma de propagación a través de los

cuerpos sólidos. El calor es conducido desde la parte más cercana a la fuente de calor hacia otra a través de conductores. Los buenos conductores (metales) transmiten el calor, los malos lo aíslan .

• CONVECCION: Se realiza a través de los líquidos o gases. Las masas más calientes, con menor peso específico que se encuentran cerca de la fuente de calor, son desplazadas hacia arriba por las más frías, generándose una corriente que va calentando todo el fluido.

• RADIACIÓN: Se propaga a través de ciertos gases y del espacio vacío. El calor se transfiere a los cuerpos más cercanos, los cuales lo absorben, son atravesados o lo reflejan.

FORMAS DE TRANSMICIÓN DEL CALOR

Transmisión de calor: (a) por conducción; (b) por convección libre; (c) por convección inducida y d) por radiación

LA MEDIDA DEL CALOR• la cantidad de calor se expresa :

• Q = c · m · (Tf - Ti)• Donde:• Q es el calor transferido, • ce es el calor específico de la sustancia en cuestión• m es la masa de la sustancia,• Tf es la temperatura final alcanzada por el cuerpo• Ti la temperatura inicial de este.

UNIDADES DE CALOR

• El calor, energía térmica o energía calorífica se mide con las unidades utilizadas para medir TRABAJO MECÁNICO:

• a) S.I.U.: Joule= Newton metro = Nm = J • b) C.G.S.: erg=dinacentímetro = dinacm=erg

• Recordemos que:• 1J =1x ergs 1 joule = 0.24 cal 1 caloría = 4.2 J

CALORÍA.-Es la cantidad de calor aplicado a un gramo de agua para elevar su temperatura 1°C.KILOCALORÍA.-Es un múltiplo de la caloría y equivale a:

• 1 kcal = 103 cal.

710

CAPACIDAD CALORÍFICA

• .-Es la relación existente entre la cantidad de calor Q que recibe y su correspondiente elevación de temperatura T. Se expresa:

• SUS UNIDADES PUEDEN SER: cal/°C, kcal/°C, J/°C, J/°K, erg/°C

ΔTΔQ

C

CALOR ESPECÍFICO

• El calor específico Ce de una sustancia

es igual a la capacidad calorífica C de dicha sustancia entre su masa m :

ΔTmCQΔTmΔQ

C

entonces,ΔTΔQ

Ccomo,mC

C

ee

e

:

CALORES ESPECÍFICOS DE ALGUNAS SUSTANCIAS

CALOR SENSIBLE Y CALOR LATENTE DE FUSIÓN

• CALOR SENSIBLE; es aquel que al suministrarse a una sustancia eleva su temperatura.

• CALOR LATENTE DE FUSIÓN; Es la cantidad de calor que requiere una sustancia para cambiar 1 gramo de sólido a 1 gramo de líquido sin variar su temperatura y es una propiedad característica de cada sustancia. Se expresa:

ff mλQmQ

λ

CALOR CEDIDO Y ABSORBIDO POR LOS CUERPOS

• Como sabemos el calor se transmite de un cuerpo caliente a un cuerpo frío, en este intercambio la cantidad de calor permanece constante. La ley de intercambio de calor dice: “en cualquier intercambio de calor efectuado el calor cedido es igual al absorbido”, es decir: “calor cedido= calor ganado”.

• En otras palabras: 2QQ1 2ΔTe2C2m1ΔTe1C

1m

EL CALORÍMETRO

•

EJEMPLO• 600 g de hierro se encuentran en un calorímetro a

una temperatura inicial de 20°C. ¿Cuál será su temperatura final si le suministran 8 000 calorías?

• RAZONAMIENTO:CALOR CEDIDO PÓR LA FUENTE = CALOR GANADO POR EL HIERRO• .

• DATOS FORMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO• mf = 600 g Q 2 = Q1 =m1 CeFe(T2 - T1); T2=138°C• DESPEJE• T1 = 20°C ; Tf =8000 cal 20°C• Tf = ? 600 g x 0.113 cal /g°C• Q2 = 8 000 cal T2 =(117.99+20)°C• T2 =137.99138°C

• •

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