TEMA: ENERGÍA TÉRMICA

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María Dolores Patricia Contreras Mendoza
hace 7 años
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1 ENERGÍA INTERNA TEMA: ENERGÍA TÉRMICA Llamamos energía interna (U) de un cuerpo a la energía total de las partículas que lo constituyen, es decir, a la suma de todas las formas de energía que poseen sus partículas: átomos moléculas e iones. TEMPERATURA La temperatura de los cuerpos es una medida de la energía cinética media de sus partículas, de modo que un cuerpo está a mayor temperatura que otro si la energía cinética media de sus partículas es mayor. TERMÓMETROS Son los instrumentos utilizados para medir la temperatura de los cuerpos y se caracterizan por: - Alcanzar rápidamente la misma temperatura que el cuerpo con el que se pone en contacto. - Medir la temperatura de una manera indirecta; es decir, en realidad, miden una propiedad física relacionada con la temperatura. Esta propiedad presenta siempre el mismo valor a una temperatura dada. Experimenta las mismas variaciones para los mismos cambios de temperatura. ESCALA DE TEMPERATURAS - Escala Celsius: Asigna el valor 0 C (cero grados Celsius) al punto de fusión normal del agua y 100 C, al punto de ebullición normal del agua. El intervalo entre las dos temperaturas se divide en 100 partes iguales llamadas grados - Escala Kelvin: Asigna el valor 0 K (cero kelvin) a la temperatura llamada cero absoluto. El punto de fusión normal del agua corresponde a 273,15 K y el de ebullición normal, a 373,15 K. Estas divisiones son iguales que las de la escala Kelvin. Equivalencia entre la temperatura Celsius y la Kelvin : T = tc El kelvin es la unidad utilizada en el Sistema Internacional (SI). - Escala Fahrenheit Asigna el valor de 32 F (32 grados Fahrenheit) al punto de fusión normal del agua y 212 F, al punto de ebullición normal del agua. El intervalo entre ambas temperaturas se divide en 180 partes iguales llamadas grados Fahrenheit. Esta es la escala usada comúnmente en Estados Unidos, Gran Bretaña y otros países de su influencia. Equivalencia entre la temperatura Fahrenheit y la temperatura Celsius : t t - 32 c = F 5 9 1

2 EJERCICIO DE APLICACIÓN - El gas noble helio licua a 4,2 K. Expresa esta temperatura en grados Celsius y en grados Fahrenheit. T = tc ,2 = t c t c = 4,2 273 = - 268,8 ºC t t c = F ,8 t - 32 = F t F = - 451,8 ºF - Un amigo inglés te escribe diciendo que ha estado en cama con fiebre y ha alcanzado una temperatura de 104 F Cuántos grados Celsius son? Cuántos kelvins? Sol.: 40 C; 313 K - CALOR La energía transferida entre dos cuerpos debido a una diferencia de temperatura se denomina calor o energía térmica. La unidad del SI para medir el calor es el julio. Sin embargo, existe otra unidad de interés histórico que se utiliza todavía para cuantificar la energía térmica. Se trata de la caloría. Una caloría, cuyo símbolo es cal, es la cantidad de calor que debe recibir un gramo de agua para que su temperatura aumente un grado Celsius. EFECTOS DEL CALOR. - Aumento de la temperatura: se aprecia con el termómetro. La cantidad de calor absorbido o cedido por un cuerpo depende del incremento de temperatura, de su masa y de su propia naturaleza. La naturaleza de cada sustancia se refleja en una magnitud física denominada calor específico o capacidad calorífica específica. Calor específico de una sustancia, c e, es el calor que debería recibir la unidad de masa de una sustancia para que aumente un kelvín su temperatura. Q = m.c e (t - t o ) - Cambio del estado de agregación: de sólido a líquido, líquido a gas o viceversa. - Dilatación del cuerpo: provocando un aumento de tamaño. 2

3 TRANSFERENCIA DE CALOR - CONDUCCIÓN La transferencia de calor que tiene lugar por transmisión de energía de unas partículas a otras sin desplazamiento de éstas se denomina conducción. - CONVECCIÓN La transferencia de calor que tiene lugar mediante el movimiento de las partículas de un fluido se denomina convección. - RADIACIÓN La transferencia de calor mediante ondas electromagnéticas, sin la intervención de partículas materiales que lo transporten, se denomina radiación. Todos los cuerpos emiten calor por radiación. Esta emisión de calor es mayor cuanto mayor es la temperatura del cuerpo. EQUILIBRIO TÉRMICO En el equilibrio térmico debe cumplirse que el calor cedido por el cuerpo a mayor temperatura es igual al calor absorbido por el cuerpo a menor temperatura: C a m a (t a t) = Cb mb ( t- tb) t= temperatura final de ambos en equilibrio térmico t a y t b = temperaturas iniciales de cuerpos m a y m b = masas c a y c b = calores específicos EJERCICIO DE APLICACIÓN - Se calentó una pieza de 100 g de un metal a la temperatura de 90 C para determinar su calor específico y se introdujo rápidamente en un calorímetro que contenía 200 ml de agua a 10 C. Una vez alcanzado el equilibrio térmico, se observó que la temperatura era de 12 C. Calcula el calor específico del metal. C a m a (t a t) = Cb mb ( t- tb) C a.0,1.(90-12) = ,2.(12 10) C a = 214,4 J.Kg -1.K -1 - En un calorímetro que contiene 800 g de agua a 7 C se sumerge una esfera de 100 g de cierto material que se encuentra a 100 C. Si la temperatura de 3

4 equilibrio es de 12 C, cuál es el calor específico del material investigado? Cuánto calor ha cedido la esfera? Sol.: 1900 J.kg -1.K -1 ; ha cedido J Calorímetro CAMBIOS DE ESTADO DE AGREGACIÓN - Fusión Cambio de estado que experimenta una sustancia al pasar de sólido a líquido. El calor absorbido por un cuerpo en la fusión es igual al calor cedido por éste en la solidificación. Q = ml F - Vaporización Cambio de estado que experimenta una sustancia al pasar de líquido a gas. El calor absorbido por un cuerpo en la vaporización es igual al calor cedido por éste en la condensación. Q = m L V EJERCICIO DE APLICACIÓN - Calcula el calor que hemos de suministrar a 100 g de hielo a -10 C para transformarlos en agua líquida a 20 C. DATOS: Calor Específico del hielo: 2090 J.kg -1.K -1 ; Calor específico del agua: 4180 J.kg -1.K -1 Calor latente de fusión del hielo: J.kg -1. Calor necesario para calentar el hielo de 10ºC hasta 0 ºC. Q 1 = m.c e (t - t o ) = 0, (0 ( -10) ) = 2090 J Calor necesario para fundir el hielo a 0º C Q 2 = ml F = 0, = J Calor necesario para calentar el agua líquida de 0º C hasta 20º C Q 3 = m.c e (t - t o ) = 0, (20 0 ) = 8360 J Calor total Q T = = J 4

5 t (º C) 20º C 0º C - 10º C Hielo Hielo + Agua (l) Agua Q (J) - Se tienen 10 g de agua a 20 C a los que suministramos J de calor para transformarlos en vapor de agua. Calcula la temperatura final. Sol.: 100 C 5

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