Tema I: Calor

1.Introducción. Estados de la materia

Calor y Temperatura

¿¿Calor = Temperatura ??

¿Qué es la energía térmica o calor de un cuerpo?

¿Qué representa la temperatura de un cuerpo?

¿Cuál tiene una mayor energía térmica o calor?

¿Cuál está más caliente y cuál más frío?

Calor y temperatura.Diferencias

To

Q1 Q2=

T1 T2?

Calor y temperatura

To

Q1 Q2=

T1 T2>

Calor y temperatura

To

Q1 Q2

T1 T2

?

=

Calor y temperatura

To

Q1 Q2

T1 T2

<

=

Calor y temperatura

2. Termómetros

Termómetro digital

Termómetro de mercurio

Termopar

Escalas termométricas

)32(9

5 FC

ºC = ºK - 273

ºK = ºC + 273

325

9 CF

¿Cero absoluto de temperaturas?

3. Dilatación

¿A qué se debe?

¿Se dilata más un líquido o un gas?

¿Los sólidos también se dilatan?

Dilatación lineal

¿Se dilata sólo en una dirección?

0TTT f

Tll o

)1( Tll o

0lll

¿ΔT>0 siempre?

Coeficiente de dilatación lineal

Tl

l

o

1)(: CUnidades

¿Qué representa λ?

¿Es lo mismo variación absoluta que variación relativa?

Coeficiente de dilatación lineal.Ejemplos

2m

To

To + 1 ?

λ = 1 ºC-1

Coeficiente de dilatación lineal.Ejemplos

2m

T=To

T=To+1

λ = 1 ºC-1

4m

Δl=2m

Coeficiente de dilatación lineal.Ejemplos

2m

To

To + 1 ?

λ = 2 ºC-1

Coeficiente de dilatación lineal.Ejemplos

2m

To

To + 1

λ = 2 ºC-1

6m

Δl=4m

Coeficiente de dilatación lineal.Ejemplos

2m

To

To + 1 ?

λ = 1/2 ºC-1

Coeficiente de dilatación lineal.Ejemplos

2m

To

To + 1

λ = 1/2 ºC-1

3m

Δl=1m

Coeficiente de dilatación lineal.Ejemplos

2m

To

To + 1 ?

λ = 1/10 ºC-1

Coeficiente de dilatación lineal.Ejemplos

2m

To

To + 1

λ = 1/10 ºC-1

2,2m

Δl=0,2m

Ejemplo: un tubo de hierro para conducir vapor tiene 60m de longitud a 0ºC. ¿ Cuánto aumentará

su longitud cuando se caliente a 100 ºC ?

16 )(1010 Chierro

Ejemplo: un tubo de hierro para conducir vapor tiene 60m de longitud a 0ºC. ¿ Cuánto aumentará

su longitud cuando se caliente a 100 ºC ?

1516 )(10)(1010 CChierro

cmmlTll o 606,01006010 5

CTTT inicialfinal 1000100

Dilatación superficial

So

lo

bo

S

l

b

To

Tf

Dilatación superficial

blS

ooo blS

So

lo

bo

S

l

b

To

Tf

Dilatación superficial

blS

ooo blS

)1( Tbb o So

lo

bo

S

l

b

)1( Tll o

To

Tf

Dilatación superficial

blS

ooo blS

)1( Tbb o So

lo

bo

S

l

b

)1( Tll o

)21(

))(21(

)1(

)1()1(

2

2

TS

TTS

Tbl

TbTl

blS

o

o

oo

oo

?¿ 2

To

Tf

Dilatación superficial

blS

ooo blS

)1( Tbb o So

lo

bo

S

l

b

)1( Tll o

)21(

))(21(

)1(

)1()1(

2

2

TS

TTS

Tbl

TbTl

blS

o

o

oo

oo

)1( TSS o 2

Coeficiente de dilatación superficial β

TS

S

o

1)(: CUnidades

¿Qué representa β?

2

Coeficiente de dilatación superficial. Ejemplos

To

To + 1 ?

β = 1 ºC-1

24m

Coeficiente de dilatación superficial. Ejemplos

To

To + 1

β = 1 ºC-1

24m

28m

24mS

Coeficiente de dilatación superficial. Ejemplos

To

To + 1 ?

β = 1/4 ºC-1

24m

Coeficiente de dilatación superficial. Ejemplos

To

To + 1

β = 1/4 ºC-1

24m

25m

21mS

Coeficiente de dilatación superficial. Ejemplos

To

To + 1 ?

24m

1

1

)(2,0

)(10

2

C

C

Coeficiente de dilatación superficial. Ejemplos

To

To + 1

24m

1

1

)(2,0

)(10

2

C

C

28,4 m

28,0 mS

Ejemplo:Un eje de acero tiene un diámetro de 10 cm a 30ºC. Calcular la temperatura que deberá existir para que

encaje perfectamente en un agujero de 9,997cm de diámetro.

16 )(1011 Cacero

SoTo

ST

Ejemplo:Un eje de acero tiene un diámetro de 10 cm a 30ºC. Calcular la temperatura que deberá existir para que

encaje perfectamente en un agujero de 9,997cm de diámetro.

16 )(1011 Cacero

SoTo

ST

cmd

rcmd ooo 5

2

10

210

cmd

rcmd 9985,42

997,9

2997,9

Ejemplo:Un eje de acero tiene un diámetro de 10 cm a 30ºC. Calcular la temperatura que deberá existir para que

encaje perfectamente en un agujero de 9,997cm de diámetro.

16 )(1011 Cacero

SoTo

ST

cmd

rcmd ooo 5

2

10

210

cmd

rcmd 9985,42

997,9

2997,9

222 54.785 cmrS oo

222 49.789985,4 cmrS

Ejemplo:Un eje de acero tiene un diámetro de 10 cm a 30ºC. Calcular la temperatura que deberá existir para que

encaje perfectamente en un agujero de 9,997cm de diámetro.

16 )(1011 Cacero

SoTo

ST

cmd

rcmd ooo 5

2

10

210

cmd

rcmd 9985,42

997,9

2997,9

222 54.785 cmrS oo

222 49.789985,4 cmrS 205,054.7849.78 cmSSS o

1566 )(102,21022101122 C

Ejemplo:Un eje de acero tiene un diámetro de 10 cm a 30ºC. Calcular la temperatura que deberá existir para que

encaje perfectamente en un agujero de 9,997cm de diámetro.

16 )(1011 Cacero

SoTo

ST

cmd

rcmd ooo 5

2

10

210

cmd

rcmd 9985,42

997,9

2997,9

222 54.785 cmrS oo

222 49.789985,4 cmrS

205,054.7849.78 cmSSS o 1566 )(102,21022101122 C

CTTTTTT

CS

STTSS

oo

oo

06,194,2830

94,2854,78102,2

05,05

Dilatación cúbica

TVV

TVV

o

o

)1(

31)(:

Cunidades

TV

V

o

ToT

Variación de la densidad con la temperatura

¿densidad?V

m

Variación de la densidad con la temperatura

V

m

0T

0T

0T

?

Variación de la densidad con la temperatura

V

m

oT 0

oT 0

oT 0

Variación de la densidad con la temperatura

VoToρo

m

VTρm

Variación de la densidad con la temperatura

mToρo

Vo

mTρV

V

m

oo V

m

Variación de la densidad con la temperatura

mToρo

Vo

mTρV

)1( TV

m

V

m

o

oo V

m

Variación de la densidad con la temperatura

mToρo

Vo

mTρV

)1( TV

m

V

m

o

)1( To

?

Variación de la densidad con la temperatura

mToρo

Vo

mTρV

)1( TV

m

V

m

o

)1( To

oT 0

oT 0

oT 0

Ejemplo: la densidad del mercurio a 0ºC es 13,6 g/cm3 y su coeficiente de dilatación cúbica es γ=1,82·10-4(ºC)-1

Calcular la densidad del mercurio a 50 ºC

Ejemplo: la densidad del mercurio a 0ºC es 13,6 g/cm3 y su coeficiente de dilatación cúbica es γ=1,82·10-4(ºC)-1

Calcular la densidad del mercurio a 50 ºC

3

34

48,130091,1

6,13

)0091,01(

6,13

)10·1,91(

6,13

)50·10·82,11(

6,13

)1(

cm

g

To

CTTT o 50050

4. Calorimetría. Principios fundamentales.

¿Temperatura=Calor?

¿Conducción= Convección= Radiación?

4. Calorimetría. Principios fundamentales.

1er Principio

2º Principio

3er Principio

5.Unidades de calor.

¿Julio= ergio= caloría?

5.Unidades de calor.

Caloría>Julio>Ergio

.

5.Unidades de calor.

ErgioscmDmNJcmDErgio

mNJ 725 1010·10·11·11

·11

ErgiosJulio

Julioscal7101

18.41

caloría frigoría

5.Unidades de calor.

430kcal

5. Calor específico

¿Se calientan con la misma facilidad ambas cucharas?

¿De qué factores depende?

5. Calor específico

¿Definición de calor específico c ?

Ckg

kcal

Cg

calUnidades

:

Calor específico

?¿ 21 cc 1

2

Calor específico del agua

¿Cuál es el calor específico del agua?

Calor específico del agua

Cg

calcagua

·

1¡¡Dato de problema!!

5. Calor específico

???··

1Ckg

kcal

Cg

calcagua

5. Calor específico

Ckg

kcal

Cg

calcagua

·

1·

1

5. Calor específico de otros materiales

6. Calor absorbido o cedido

¿Cuántas calorías necesitaremos para subir 3 grados su temperatura?

Viga de hierro

M=100kg

6. Calor absorbido o cedido

kgm

Ckg

kcalchierro

100

·11,0

kcalCkgCkg

kcalQ 333100

·11,0

6. Calor absorbido o cedido

Masa m

Calor específico c

TcmQ

6. Calor absorbido o cedido.

T=90°CT=15°C

Tequilibrio

6. Calor absorbido o cedido.

T=90°CT=15°C

Qcedido

Qabsorbido

2º Principio

??¿¿

TcmTcm

QQ absorbidocedido

6. Calor absorbido o cedido.

T=90°CT=15°C

T=30°CC

T

60

3090

CT 151530

6. Calor absorbido o cedido

TcmQ

0T

Ejemplo: a) Hallar la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de 100 g de cobre

desde 10°C a 100°C .B) Suponiendo que a 100g de aluminio a 10°C se le suministrase la cantidad de calor obtenida en a), deducir qué cuerpo, el cobre o el aluminio, estará

más caliente.

Cg

calc

Cg

calc

ALUMINIO

cobre

·217,0

·093,0

7. Cambios de estado.

7. Curva de ebullición del agua