Cálculos de Calor y Temperatura

Octavo Básico

Profesor Sergio Casas, Alan Espinosa

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Temperatura (T).• Es una medida de la energía cinética media que tienen

las moléculas. A mayor temperatura mayor agitación térmica (mayor energía cinética media).

• Es una magnitud “intensiva”, es decir, no depende de la masa del sistema.

• Dos cuerpos con diferentes temperaturas evolucionan siempre de forma que traten de igualar sus temperaturas (equilibrio térmico).

• Para medir T se utilizan los termómetros que se basan en la dilatación de los líquidos (normalmente mercurio).

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Escalas termométricas.

• Centígrada (Celsius).(ºC)

• Es la que usamos normalmente.

• Usa el “0” el punto de fusión del agua y “100” el punto de ebullición de la misma.

• Farenheit (ºF).

• Utilizada en el mundo anglosajón.

• Usa el “32” el punto de fusión del agua y “212” el punto de ebullición de la misma.

• 100 ºC equivalen a 180 ºF

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Escalas termométricas (cont.).

• Absoluta (Kelvin). (K)• Se usa en Química.

• Usa el “273” el punto de fusión del agua y “373” el punto de ebullición dela misma.

• Cada ºC equivale a 1 K. Simplemente, la escala está desplazada.

• 0 K (–273 ºC) es la temperatura más baja posible.

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Conversión entre escalas.

• F – 32 C T(abs) – 273 ——— = —— = ——————180 100 100

• F – 32 C F – 32 T(abs) – 273 ——— = — ; ——— = ——————

9 5 9 5

• C = T (abs) – 273

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6Ejemplo: Un inglés te dice que tiene fiebre

porque tiene 104ºF. ¿Cuántos grados centígrados

son) ¿Cuántos kelvins?

F – 32 C 5·(F – 32) 5·(104 – 32) ——— = — C = ————— = —————9 5 9 9

C = 40ºC

T (abs) = C + 273 = 40 + 273 = 313 K

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Formas de transferencia de calor.• Conducción: Se da fundamentalmente en

sólidos. Al calentar un extremo. Las moléculas

adquieren más energía y vibran sin desplazarse,

pero comunicando esta energía a las moléculas

vecinas.

• Convección: Se da fundamentalmente en

fluidos (líquidos y gases). Las moléculas calientes

adquieren un mayor volumen y por tanto una

menor densidad con lo que ascienden dejando

hueco que ocupan las moléculas de más arriba.

• Radiación: Se produce a través de ondas

electromagnéticas que llegan sin necesidad de

soporte material. De esta manera nos calienta un

radiador o nos llega el calor del sol.

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Formas de transferencia de calor.

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Calor y temperatura.• Cuando un cuerpo recibe calor puede:

• Aumentar su temperatura. En este caso, el

calor recibido dependerá de:

• Lo que se quiera aumentar T (T)

• De la masa a calentar (m)

• Del tipo de sustancia (ce = calor específico)

• Cambiar de estado físico. En este caso la

temperatura no varía, y el calor recibido

dependerá de:

• De la masa a cambiar de estado (m)

• Del tipo de sustancia (Lf o Lv = calor latente de

fusión o vaporización)

• Ambas cosas.

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Efecto del calor sobre la

temperatura.

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Cambios

de

estado

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Fórmulas del calor

• Si se produce:

• Aumento su temperatura:

•

• Q = m· ce · T

• Cambio de estado físico:

• QF = LF · m QV = LV · m

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Equilibrio térmico.

• Obviamente, si un cuerpo adquiere calor , es

porque otro lo cede, de forma que:

• Qabsorbido = – Qcedido

• Sea A el cuerpo de menor temperatura

(absorberá calor) y el B de mayor temperatura

(cederá calor). Al final, ambos adquirirán la

misma temperatura de equilibrio (Teq):

mA· ceA· (Teq– T0A) = – mB· ceB· (Teq– T0B)

• O también:

mA· ceA· (Teq– T0A) = mB· ceB· (T0B –Teq)

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Ejemplo: Se introduce una bolita de 200 g de

hierro a 120ºC en un recipiente con ½ litro de

agua a 18ºC. Calcular: a) la temperatura de

equilibrio; b) el calor cedido por la bola de hierro.

a) mA· ceA· (Teq– T0A) = – mB· ceB· (Teq– T0B)

J J0,5 kg ·4180 —— (Teq–18ºC) = 0,2 kg ·460 —— (120ºC–Teq)

K·kg K·kg

Resolviendo la ecuación obtenemos que la temperatura de equilibrio es: Teq= 22,3ºC

b) Qcedido = mA· ceA· (Teq– T0A) =

J = 0,2 kg ·460 —— ·(22,3ºC – 120ºC) = –8990 J

K·kg

El signo (–) indica que es cedido. 8990 J

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ejercicio

• ¿Cuál es el calor absorbido por 50 gr de un metal de

cobre a 20 °C, cuyo calor específico es 0.18 cal/°c gr,

cuando se calienta hasta alcanzar los 120 °C?

•

• Q = m x c (T°f – T°i)

• Q = 50 g x 0.18 cal/°c g (120°C – 20°C)

• Q = 900 cal

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