PROP. 7, 8, 9, 10: TERMODINÁMICA

CONCEPTOS BÁSICOS Termodinámica: parte de la física, dedicada a

estudiar el calor y su transformación energía

mecánica. Por lo que toma en cuenta aquellas

magnitudes relacionadas con las variaciones de

temperatura, como: presión, densidad, masa y

volumen en cada cuerpo o sistema.

Energía térmica: es el total de la energía cinética

media presente como el resultado de los

movimientos aleatorios de átomos y moléculas.

Directamente proporcional a la temperatura del

cuerpo.

Temperatura: medida de la energía cinética

promedio de traslación, por molécula de una

sustancia. Se expresa en grados Celsius, Fahrenheit o

Kelvin. *

Calor: Es la energía térmica en movimiento, que se

transfiere de un cuerpo con mayor energía a otro con

menor energía.

ESTADOS DE LA MATERIA: Directamente observables en la naturaleza:

a. Sólido: con forma y volumen definidos,

enlaces muy fuertes (cohesión alta)

entre sus moléculas. Rígidos y casi

siempre con estructura regular. Poca

energía térmica.

b. Líquido: volumen definido y forma

maleable o adaptable a un contenedor.

Enlace mediano entre sus moléculas.

Moléculas más dispersas. Mediana

energía térmica.

c. Gaseoso: volumen y forma indefinidas.

Enlaces débiles entre moléculas, y

están dispersas con movimiento. Alta

energía térmica.

d. Plasmático: es un gas ionizado sin forma, ni

volumen definidos. Partículas libres. Compuesto

por aniones y cationes (iones con carga negativa

y positiva). Muy alta energía térmica.

CAMBIOS DE FASE

Punto de fusión: Es la temperatura a la cual una

sustancia pasa de estado sólido a líquido. Esa

temperatura permanece constante durante el

cambio de fase.

Punto de ebullición: Es la temperatura constante a la

cual una sustancia pasa de estado líquido a gaseoso.

CANTIDAD DE CALOR (Q): Es la cantidad de energía que libera o absorbe un

cuerpo cuando su temperatura varía. Su unidad es la

caloría (cal).

TCmQ e ∆= ..

Calor específico (Ce): Es la cantidad de calor cedido o

absorbido por 1 gr de masa para que su temperatura

varíe 1 ºC.

Capacidad calórica (C): Es la cantidad de calor que

permite variar en 1 ºC la temperatura de una

sustancia o cuerpo.

TQ

C∆

=

eCmC .=

EQUILIBRIO TÉRMICO: Al colocar en contacto dos sustancias (objetos físicos)

de distintas temperaturas, ocurrirá transferencia de

calor hasta que ambos alcancen una temperatura

común. A este proceso se le denomina equilibrio

térmico.

En el equilibrio térmico la cantidad de calor liberada

por uno de los objetos es igual a la cantidad de calor

absorbida por el otro.

21 QQ =

)()( 222111 TTCemTTCem −=−

DILATACIÓN TÉRMICA Es la variación de la longitud, área o volumen de un

cuerpo físico debido a un cambio en su temperatura.

El término de “dilatación” se aplica tanto para indicar

aumento como disminución del tamaño del objeto

físico.

a. Dilatación lineal: cambio de la longitud en un

objeto cuando se hace variar su temperatura

b. Dilatación superficial: variación del área de un

objeto al modificar su temperatura.

c. Dilatación volumétrica: aumento o disminución

del volumen de un cuerpo cuando su

temperatura varía. Fusión Evaporación

Deionización

Ionización

Condensació

n Solidificación

SÓLIDO LÍQUIDO GAS PLASMA

Sublimación

Sublimación

inversa

m: masa Ce: calor específico

∆T: variación de temperatura

TLL ∆=∆ 0α

αβ 2=

TSS ∆=∆ 0β

αγ 3= TVV ∆=∆ 0γ

EJERCICIOS

1. ¿Cuánto calor se requiere para que 1kg de acero,

aumente su temperatura 35 º C?

2. Determinar la cantidad de calor que absorbe un

vaso de 15 gr de alumnio que contiene 250 gr de

hielo a -5 °C, para pasar a 30 °C

3. Hallar a qué variación de temperatura fue

sometido y cuánta era la masa de un pedazo de

latón, que absorbió 6000 cal al tener una

capacidad calórica de 78,6 cal/ºC

4. ¿De qué material está hecho un objeto de un

kilogramo y medio, si al incrementar su

temperatura 42 ºC absorbe 5670 cal?

5. En un recipiente, que contiene 3 Kg de agua a 20

ºC, se coloca un bloque de hierro de 500 gr a 100

ºC. ¿Cuál es la temperatura de equilibrio?

6. ¿Qué cantidad de agua a 10 ºC hay que utilizar

para “enfriar” 1,2 kg de acero desde 150 ºC hasta

30 ºC?

7. Si a 200 gr de agua a 10 ºC se le agregan 700 gr de

agua “hirviendo”. ¿Cuál será la temperatura de

equilibrio de la mezcla?

8. Calcular la cantidad de mercurio que pasó de 20

°C hasta 100 °C y absorbió 5400 cal

9. ¿Cuál es la capacidad calórica de un cubo de

aluminio cuya masa es de 250 gr?

10. Se introduce un objeto de 2 kg a 100 ºC, en 5 kg

de agua a 1,67 ºC, lográndose una temperatura

de equilibrio de 5,11 ºC. ¿De qué material está

hecho el objeto?

11. Un tubo metálico tiene 100 metros de longitud

cuando está a 0 ºC y 100,13 m cuando se calienta

hasta 100 ºC. ¿Cuál es el coeficiente de

dilatación del material?

12. Una lámina rectangular de aluminio mide 3m de

ancho y 5 m de largo, a 0 ºC. ¿Cuál será su

tamaño a 35 ºC?

13. Una barra de forma cilíndrica tiene 4,5 cm de

diámetro y 11, 96 cm de altura, cuando está a 20

ºC. ¿Cuál es el coeficiente de dilatación

superficial del material del cual está fabricada la

barra?, si al someterla a 130 ºC su nuevo

volumen es 602,02 cm3

14. ¿Qué alargamiento experimenta una varilla de

acero al variar su temperatura 75ºC, si su

longitud era de 1,5 m antes de calentarla?

15. Una esfera de vidrio pirex cuyo radio es de 7 cm

a 2 ºC, se somete a un cambio de temperatura

de 86 ºC. ¿Qué variación de volumen

experimentará?

16. Un disco de latón es sometido a una variación de

temperatura desde 12 ºC hasta 90 ºC de tal

forma que su radio llega a medir 56, 2 cm. ¿Qué

área tenía antes de calentarlo?

17. Si se tiene un triángulo de metal cuya base mide

20 cm y su altura es de 30cm cuando está a 10 ºC

y su superficie es de 305,94 cm2 cuando su

temperatura es 120 ºC. ¿De qué material está

hecho el triángulo?

18. A qué temperatura será necesario calentar un

cubo de vidrio pirex de 18 cm de lado, que está a

23 ºC de temperatura, para que experimente

una variación de volumen de 0, 04 cm3.

19. Un agitador de vidrio común de 21 cm se dilató

0,2 cm cuando se calentó. ¿Cuál fue la variación

de la temperatura que se le aplicó?

L0: longitud inicial

L: longitud final

T0: temperatura inicial

T: temperatura final

α: coeficiente de dilatación lineal

β: coef. de dilatación superficial

γ : coef. de dilatación volumétrica