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.

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

Fusión Evaporación

Deionización

Ionización

Condensació

n Solidificación

SÓLIDO LÍQUIDO GAS PLASMA

Sublimación

Sublimación

inversa

m: masa Ce: calor específico

∆T: variación de temperatura