EL CALOR (Q)

Energía en transito, que se transmite de un cuerpo a otro en virtud de una diferencia de temperatura

El flujo normal y espontaneo del calor va desde el cuerpo de mayor temperatura al cuerpo de menor temperatura

El calor no se puede «guardar». Por ejemplo, un termo para comida «no guarda el calor», sino que mantiene la temperatura

El flujo de calor dura hasta que se consigue el equilibrio térmico

UNIDADES DE MEDIDA

Como toda forma de energía el calor se mide en Joule (J)

También se utiliza, como unidad de medida para el calor la caloría (cal)

La unidad llamada caloría (cal) se define como la cantidad de calor que se necesita para elevar en 1ºC la temperatura de 1 gr de agua

Equivalencia entre unidades

Observaciones:a) Se debe tener en cuenta el signo de Q

b) Unidad de medida mas utilizada:

c) ¿Cuál seria la unidad de medida en el sistema MKS?

El calor especifico es una medida de la “resistencia térmica” o “inercia térmica” de una sustancia

Mientras mayor sea el calor especifico de una sustancia, mayor cantidad de calor se le debe transferir para modificar su temperatura

Suponiendo masas iguales; ¿A que sustancia se le debe ceder mayor cantidad de calor para modificar su temperatura?

Sustancia c (cal/gr°C) c (J/Kg K)

Agua 1 4186

Aluminio 0,22 924

Cobre 0,094 395

Mercurio 0,033 139

Plata 0,056 235

Hierro 0,11 483

Iguales masas de agua y hierro, reciben la misma cantidad de calor ¿Cuál se calienta mas? Explica

En la playa, la misma cantidad de calor incide en el agua y en la arena; ¿Cómo se explica que el agua se encuentre a menor temperatura?

El calor especifico del agua

APLICACIONES

Es utilizado en calderas como sistema de calefacción, ya que al enfriarse libera grandes cantidades de calor

Es muy útil como agente refrigerante, por ejemplo, en el sistema de enfriamiento de un automóvil. Un liquido de baja capacidad calórica se calentara excesivamente con el motor, y por consiguiente, no será adecuado para controlar la temperatura de este.

Las condiciones climáticas en lugares cercanos a lagos y costas, se suavizan bastante en virtud de que estas grandes masas de agua se calientan y se enfrían más lentamente que las tierras adyacentes

CAPACIDAD CALORICA “C”

Relación entre el calor absorbido o cedido por un cuerpo y la variación de temperatura producida

Unidad de medida:

Otra expresión:

EJEMPLOS

PREGUNTAS:

1.¿De qué factores depende el calor cedido o absorbido por un cuerpo?

2. ¿Qué se entiende por CALOR ESPECÍFICO de una sustancia o material?

3.-¿Qué significa que el calor específico del Aluminio sea: 0,22 (cal/g ºC)?

4. Si transferimos la misma cantidad de energía en forma de calor a iguales masas de Agua y Hierro, ¿cuál experimentará mayor variación de sus temperatura?, ¿por qué?

5. ¿Por qué el agua es buen refrigerante?

6.- Dos bloques de plomo A y B sufren la misma variación de temperatura ∆t= 50ºC. La masa del bloque P es el doble de la masa del bloque Q. ¿Cuál es la razón QA/QB?

7. Se tienen 4 cuerpos A, B, C y D de calores específicos en (cal/g.ºC) iguales a 0.24; 0.02; 0.08 y 0.12; respectivamente. Si todos son de la misma masa y están a la misma Tº

a) ¿Cuál se enfría más rápido?b) ¿A cuál hay que suministrarle más energía para que aumente su Tº

en 10ºC?c) Si a todos se les suministra igual cantidad de energía (Q) en forma

de calor, señale el orden de menor a mayor Tº con que quedan.

8.- Suponga que dos bloques, A y B, de cinc ambos, tienen masas mA y mB tales que mA>mB.

a) ¿El calor especifico de A es mayor, menor o igual al de B? b) ¿La capacidad calórica de A es mayor, menor o igual al de B? c) Si A y B experimentaran la misma disminución de temperatura, ¿Cuál liberaría mayor cantidad de calor?

EJERCICIOS

MEZCLA DE SUSTANCIAS

Es posible, aplicar el principio de conservación de la energía :

El calor (energía) absorbido por los cuerpos fríos equivale al calor cedido por los cuerpos calientes, quedando todos a una temperatura común

Aplicación: “el calorímetro”

Recipiente térmicamente aislado que se utiliza para determinar elcalor especifico de un solido o liquido cualquiera.

Observaciones:

Si se mezclan dos sustancias

El cuerpo de mayor masa experimenta menor cambio de temperatura

Si se mezclan las mismas masas de la misma sustancia la temperatura de equilibrio será el promedio de las temperaturas respectivas

EJEMPLOS:

EJERCICIOS

CAMBIOS DE ESTADO

Al proporcionar calor a un cuerpo, incrementamos su temperatura, sabemos que hay un aumento en la energía de agitación de sus átomos

Esta agitación hace que la fuerza de cohesión de los átomos se altere, pudiendo provocar un cambio de fase

LEYES GENERALES DE LOS CAMBIOS DE ESTADO

OBSERVACIONES:Calculo del calor latente (L):

ANALISIS Se tiene 1 gramo de agua que inicialmente se encontraba en estado

solido a – 10 °C

Grafico de temperatura en función del calor absorbido

Fusión y solidificación

a) Fusión: Paso del estado solido a liquidob) Solidificación: Proceso inverso, es el paso de liquido a solido

PUNTO DE FUSION Y CALOR LATENTE DE FUSION A 1 atm

Sustancia Punto de fusión (°C)

Calor de fusión (cal/gr)

Plata 961 21

Plomo 327 5,8

Azufre 119 13

Agua 0 80

Mercurio -39 2,8

Alcohol etílico -115 25

Nitrógeno -210 61

Vaporización y condensación

a) Vaporización: Cambio de estado liquido a gaseoso que puede producirse de dos maneras:

Evaporación Ocurre cuando las moléculas de un

liquido que poseen mayor velocidad (energía) llegan a la superficie del liquido y logran escapar de la superficie del liquido

Como las moléculas de mayor energía escapan del liquido en la evaporación la temperatura disminuye.

EbulliciónEl cambio se realiza rápidamente, cuando el liquido alcanza una temperatura determinando

PUNTO DE EBULLICION Y CALOR DE VAPORIZACION A 1 atm

Sustancias Punto de ebullición (°C)

Calor de vaporización (cal/gr)

Agua 100 540

Mercurio 357 65

Alcohol etílico 78 204

Nitrógeno -196 48

Helio -269 6

Observación:

EJEMPLOS:

EJERCICIOS

PREGUNTAS

EJERCICIOS

METODOS DE PROPAGACION DEL CALOR

Se definió al calor como “energía en transito”, pero: ¿Cómo viaja el calor?

CONDUCCION

OBSERVACIONES:La capacidad de conducir el calor depende de la estructura molecular de cada objeto, específicamente del tipo de enlace

Si los electrones están fuertemente ligados, será muy difícil que transmitan las vibraciones

Los enlaces iónicos y covalentes presentan gran fuerza de enlace entre sus átomos, por lo tanto, sus electrones están fuertemente ligados, en este caso se habla de aislantes térmicos (madera, aire, lana)

Si los electrones tienen la posibilidad de desplazarse, entonces podrán transmitir el calor (electrones libres)

Los materiales que propagan de buena manera el calor presentan enlaces metálicos. Este tipo de materiales se denominan conductores térmicos (plata, aluminio)

La madera y el metal se encuentran a la misma temperatura, pero el metal da la sensación de estar mas frio, ya que al ser mejor conductor térmico

En general los líquidos y gases son buenos aislantes; el aire conduce muy mal el calor.

Las sustancias porosas que poseen cavidades con aire en su interior son malas conductoras

La nieve es aislante, está formada por cristales que poseen masas de aire en su interior

CONDUCTIVIDAD TÉRMICA

Experimentalmente se demostro que:

Introduciendo la constante de proporcionalidad (K)

La constante K, se denomina “conductividad termica” y es una caracteristica de cada material.

Me informa acerca de la capacidad de un material para conducir el calor, cuanto mayor es el valor de K, mayor es la cantidad de calor que el material conduce

MATERIAL CONDUCTIVIDAD TERMICA (J/smºC)

ACERO 50

AGUA 0,6

AIRE 0,02

ALUMINIO 209

ASBESTO 0,08

CAUCHO 0,15

COBRE 372

CONCRETO 0,8

CORCHO 0,16

LANA 0,001

MADERA 0,1

NÍQUEL 53

ORO 308

PLATA 406

VIDRIO 1

CONVECCION

Los líquidos y gases (fluidos) transmiten el calor por convección

1. El fluido se calienta y sus moléculas se agitan alejándose unas de otras

2. Esto provoca que el fluido se haga menos denso, y asciende

3. Por lo tanto baja el fluido mas denso y frio

4. Así se producen corrientes de convección, donde el fluido mas caliente se aleja de la fuente de calor, y el fluido más frio se mueve hacia la fuente de calor

OBSERVACIONES

Otro caso de corrientes de convección:

Algunas diferencias entre la conducción y la convección

Las capas de aire en contacto con el congelador pierden energía se hacen mas densas y bajan, mientras que las capas inferior ascienden

CONDUCCION CONVECCION

Solidos Fluidos (líquidos y gases)

No hay movimiento de masas Existe movimiento de masas de fluidos

RADIACIÓN

¿ Como llega la energía del Sol hasta la Tierra?

RADIACIÓN El calor también viaja en forma de ondas

electromagnéticos (como la luz)

Como toda OEM, el calor se puede propagar incluso en el vacío

Este tipo de radiación (no visible) se le denomina Radiación infrarroja

Todos los cuerpos sobre 0K emiten este tipo de radiación

CUESTIONARIO