CALOR Y TEMPERATURA. En el SI el calor se mide en Julios (J) aunque es frecuente expresarlo en valorías (cal).
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- Natividad Ferreyra Duarte
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1 CALOR Y TEMPERATURA EL CALOR Y TEMPERATURA CALOR El calr es la energía intercambiada entre ds cuerps cuand se pnen en cntact y se encuentran a distinta temperatura. Pasará calr del cuerp caliente al cuerp frí hasta que ls ds cuerps alcancen la misma temperatura, e decir, alcancen el equilibri térmic. En el SI el calr se mide en Julis (J) aunque es frecuente expresarl en valrías (cal). Factr de cnversión: 1 J 0,24 cal Este factr de cnversión se cnce cm el equivalente mecánic del calr. Esta energía que se transfiere de un cuerp a tr (calr) prviene de la energía interna del cuerp; entendiend pr energía interna a la suma de la energía cinética y ptencial de cada una de las partículas que l frman. ESCALAS TERMOMÉTRICAS La temperatura es una medida de la energía cinética media (agitación térmica) de las partículas del cuerp. Pr l tant, cuant mayr sea la temperatura de un cuerp mayr será la velcidad a la que se mueven las partículas que l frman La temperatura se puede medir utilizand cualquiera de las tres escalas termmétricas: - Escala Celsius centígrada. - Escala Kelvin absluta. - Escala Fahrenheit. Para pasar de una escala a tra pdems utilizar las siguientes expresines: Demstración: T (K) t ( t ( 1, Escala Celsius Escala Fahrenheit Escala Kelvin Pt ebullición H 2 O 100 C 212 F 373 K t ( t ( T (K) Pt fusión H 2 O 0 C 32 F 273 K
2 t ( ,8 1, t ( 0 T ( K) t ( T( K) T ( K) T ( K) LOS EFECTOS DEL CALOR VARIACIÓN DE TEMPERATURA Al cmunicarle calr a un cuerp pdems variarle su temperatura. Q T 1 T 2. Q: calr (J) Q m. c m: masa del cuerp (kg) e. T c e : calr específic (J/kgK) T: variación de temperatura (K) T T 2 T 1 Se define calr específic (c e ) de una sustancia cm el calr que hay que suministrar a 1 kg de dicha sustancia para que aumente su temperatura 1 C ó 1 K. C e agua 4180 J/kgK c e hiel 2090 J/kgK Nta: T t pues las escalas Celsius y Kelvin sn escalas centígradas. t 1 0 C y t 2 10 C t C T K y T K T K T t
3 CAMBIO DE ESTADO Al cmunicarle calr a un cuerp pdems prvcarle un cambi de estad. Q Estad de agregación 1 Estad de agregación 2 Q m. L Q: calr (J) m: masa del cuerp (kg) L: calr latente (J/kg) Se define calr latente (L) de una sustancia cm el calr que hay que suministrar a 1 kg de dicha sustancia para prvcarle un cambi de estad a temperatura cnstante. H 2 O L f 3, J / kg L v 2, J / kg Fusión Vaprización SÓLIDO LÍQUIDO GASEOSO Slidificación Cndensación La vaprización de una sustancia de puede prducir de ds maneras: Evapración es el cambi de estad de líquid a gas que se prduce sl en la superficie del líquid. La evapración se prduce a cualquier temperatura y aumenta cn la misma. Ebullición es el cambi de estad de líquid a gas que tiene lugar en tda la masa del líquid. La ebullición de prduce una la temperatura determinada llamada punt de ebullición. El calr latente de vaprización se refiere a este prces.
4 EJERCICIOS: CALOR Y TEMPERATURA ESCALAS TERMOMÉTRICAS 1. Expresa en Kelvin las siguientes temperaturas: a) 24 C b) 10 C c) 72 F d) 460 F Rta: a) T 297 K b) T 263 K c) T 295 K d) T 0 K 2. Ordena de menr a mayr las siguientes temperaturas: a)100 C b) 350 K c) 200 F 3. Un termómetr graduad en grads Fahrenheit mide una temperatura exterir de 13 F: a) Expresa este valr en grads Celsius; b) Qué marcaría este termómetr al situarl en una habitación a 19 C? Rta: a) t 10,6 C b) t 66,2 F 4. La temperatura ambiente en ciert lugar es de 20 C. Exprésala en grads Kelvin y en grads Fahrenheit. Rta: T 293 K t 68 F CONSECUENCIAS DEL CALOR 1. Calcula la cantidad de calr que se necesita para aumentar 30 C la temperatura de una btella cn 2 L de agua. Dats: D agua 1000 kg/m 3 c e agua 4180 J/kgK Rta: Q 2, J 2. Calcula el calr necesari para vaprizar 2 L de agua. Dats: D agua 1000 kg/m 3 L v agua 2, J / kg Rta: Q 4, J 3. Qué cantidad de calr hacen falta para que 5 kg de agua se cngelen? Dat: L f agua 3, J / kg Rta: Q - 1, J 4. Qué cantidad de hiel pdems derretir si dispnems de 100 kj? Dat: L f agua 3, J / kg Rta: m 0,3 kg hiel 5. Qué cantidad de calr hace falta para que fundan 20 g de hiel que se encuentran a 15 C? Dats: L f agua 3, J / kg c e hiel 2090 J/kgK Rta: Q 7300 J 6. Una brca de cbalt de 50 g se enfría desde 270 C hasta 24 C. Calcula el calr cedid pr la brca. Dat: c e C 420 J kg -1 K -1 Rta: Q J
5 7. Sabiend que la temperatura de ebullición del bencen es 80,2 C y su calr de vaprización 396 kj/kg, calcula la masa de bencen líquid que pdems vaprizar al cmunicarle J de energía. Rta: m 150 g 8. Un blque de hiel de 1 kg de masa que está inicialmente a 10 C se pne en cntact cn un fc calrífic. Después de un ciert tiemp se bserva que se transfrmó ttalmente en agua líquida a 20 C. Calcula el calr ttal absrbid en el prces Dats: L f agua 3, J / kg c e hiel 2090 J/kgK c e agua 4180 J/kgK Rta: Q J 9. Un recipiente que cntiene 3 kg de agua a 80 C pierde una energía, en frma de calr, de 7, J. Calcula la temperatura final del agua (en grads Celsius y en grads Fahrenheit). Dat: Ce agua 4180 J/kgK Rta: t 2 20 C 68 F 10. Calcula la cantidad de calr necesaria para transfrmar de 10 g de hiel a 0 C en vapr de agua a 100 C. Dats: Ce agua 4180 J/kg K Lf agua 3, J/kg Lv agua 2, J/kg Rta: Q 3, J
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