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Calor y Temperatura
Capitulo 10
La historia
• Las primeras ideas para explicar el calor
– El calor es un fluido que pasa de las sustancias mas calientes hacia las mas frías.
• A ese fluido le llamaron calórico.
– Si hay mucho calórico la materia se expandirá, si hay poco se contrae.
– Si un solido se combina con el fluido calórico se hace liquido, si se añade calórico al liquido éste se hace gas.
– El fluido calórico se mantiene constante en cualquier cambio.
– El fluido calórico es invisible
Benjamín Thompson
• Notó, en una fabrica de bronce, que cuando éste material se taladraba, salían virutas tan calientes que calentaban el agua donde caían. – Al frotarse las manos se
genera calor.
• Así que, algún tipo de movimiento en la materia producía el calor, lo cual contradecía el cuarto principio de la teoría del calórico.
• Los nuevos principios
– Toda la materia tiene calor
– El calor es el producto del movimiento de las partículas que componen la materia
– El calor es energía que se mueve desde los objetos mas calientes (mayor temperatura) hacia los menos calientes (fríos)
– Cuando aplicamos calor a la materia, se producen cambios.
– La materia tiene la capacidad de absorber y liberar calor
FORMAS DE TRANSFERIR ENERGÍA TÉRMICA
Conducción
• La energía es transferida por contacto directo entre dos superficies
• A los materiales que transfieren el calor eficientemente de un lugar a otro se les llama conductores (como los metales)
• A los materiales que NO lo hacen se les llama aisladores (ej. goma, plástico, tela, madera, fiber glass, etc.)
Radiación
• La energía es transferida por ondas electromagnéticas (rayos x, ultravioletas, infrarrojos, etc.)
• El calor en la atmosfera de la tierra no es liberado por completo, sino que parte de el es retenido por una capa de CO2 ,manteniendo a la atmosfera cálida, a esto se le conoce como el efecto de invernadero
Convección
• La energía es transmitida en el movimiento de líquidos y gases que están a distintas temperaturas
• Los fluidos calientes tienden a subir y los mas fríos a bajar, en su movimiento van liberando o absorbiendo calor
¿Qué es la temperatura?
• Es una medida de la energía cinética promedio que tienen las partículas que componen la materia.
A mayor energía cinética haya entre las partículas mayor será la temperatura.
Al total de energía que posea los átomos de la materia (potencial y cinética) se le conoce como energía interna o energía térmica.
• Para saber cuan caliente o frio esta un material necesitamos un punto de referencia para comparar temperaturas.
– Nuestro marco de referencia por excelencia a sido nuestro cuerpo, cuya temperatura es de 37˚ C, 98.6˚ F o 310 K
¿Cómo se mide la temperatura?
• Usando el termómetro.
– Las partículas chocan contra el metal del termómetro.
– Las partículas del metal comienzan a moverse mas rápido.
– Las partículas del metal chocan contra las partículas del liquido del interior del instrumento.
– El liquido se expande y sube.
– Cuando el choque de todas las partículas estén equilibradas el liquido deja de ascender.
Escalas de temperatura
• Fahrenheit (Daniel Gabriel Fahrenheit)
• Celsius (Anders Celsius)
• Kelvin (William Thompson aka Lord Kelvin)
El cero absoluto
• Equivalente a -459° F , -273° C y 0 k
• Es la temperatura mas baja posible, teóricamente las partículas se detienen.
• Si deseas cambiar cualquier temperatura que esta expresada en grados Celsius, simplemente súmale 273.
• Ejemplo
– 37° C = 310 K, ¿Por qué?
• 37 + 273 = 310
Calor especifico
• Se refiere a la cantidad de calor que debes añadir para que una muestra de 1Kg de una sustancia aumente su temperatura 1°C.
• Ejemplo:
– El calor especifico de Cobre es 384 J/Kg.°C, eso quiere decir que si tengo 1 kilogramo de cobre y su temperatura es de 20°C y quiero que suba a 21°C debo aplicarle 384 J de calor.
Tabla de calor especifico
Expansión o dilatación térmica
• La materia tiende a expandirse cuando su temperatura aumenta.
• Y se contrae cuando pierde calor o “se enfría”
Tipos de dilataciones
• Lineal: solo a lo largo
• Superficial: a lo largo y a lo ancho
• Cubica: a lo largo, ancho y alto.
– En los líquidos y gases, la dilatación es cubica (por volumen)
• Nota:
– Las expansiones y contracciones también producen cambios de estado.
Diferenciemos
• Energía térmica
– Las sumas de las energías potencial y cinética del movimiento interno de las partículas.
• Temperatura
– Mide la cantidad de energía cinética promedio que tienen las partículas de la materia.
• Calor
– La energía que se transfiere entre dos objetos con distintas temperaturas
Calculando calor liberado o absorbido
• Ecuación a utilizar:
– Calor= masa x cambio en temperatura x calor especifico
– Q= m x Δt x Cp
• Ejemplo:
– ¿Cuanto calor absorbe 2.5 Kg de agua cuando su temperatura cambia de 25˚C hasta 37˚C ? Cp Agua= 4186 J/Kg.˚C
Practica: calcular calor
• ¿Cuánto calor es liberado por 1.3 Kg de aluminio cuando éste se enfría desde una temperatura de 14˚C hasta 3˚C? Cp de Al= 0.900 J/Kg.˚C
Conversiones de Temperatura
• Celsius a Fahrenheit
– (C x 1.8) + 32
• Fahrenheit a Celsius
– (F -32) x 0.56
• Celsius a Kelvin
– C + 273.15
• Kelvin a Celsius
– K – 273.15