TRABAJO EXPOSICION CALOR Y TEMPERATURA TRABAJO EXPOSICION CALOR Y TEMPERATURA AL PROFESOR: ELEACXER PINZON B. BOGOTA DC

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1 TRABAJO EXPOSICION CALOR Y TEMPERATURA TRABAJO EXPOSICION CALOR Y TEMPERATURA AL PROFESOR: ELEACXER PINZON B. BOGOTA DC

2 INTRODUCCION. El calor es parte de nuestra vida diaria, partiendo desde la temperatura de nuestro cuerpo, hasta los fenómenos de la naturaleza que suceden día a día. Por ello el estudiar sus reacciones, medición y estudio nos parecen muy importantes. En el siguiente trabajo explicaremos y daremos a conocer algunos conceptos relacionados con el calor. Además mostraremos algunos de los instrumentos que son utilizados actualmente para la medición de la temperatura en distintas etapas y objetos.

3 OBJETIVOS Ampliar nuestros conocimientos relacionados con el Calor y temperatura. Explicar la mayor cantidad de conceptos relacionados con el tema. Descubrir y aprender las características del calor y temperatura Realizar un trabajo que sea entretenido para que el lector mantenga su interés en él. Analizar las aplicaciones en las diferentes ramas de la ingeniería. Cumplir con los requisitos exigidos por el profesor a cargo de la asignatura de Física.

4 CONCEPTOS BASICOS. El calor: Es una forma de energía transferida entre diferentes cuerpos o diferentes zonas de un mismo cuerpo que se encuentran a distintas temperaturas. Este flujo siempre ocurre desde el cuerpo de mayor temperatura hacia el cuerpo de menor temperatura, ocurriendo la transferencia de calor hasta que ambos cuerpos se encuentren en equilibrio térmico (ejemplo: una bebida fría dejada en una habitación se entibia). La temperatura: Es una magnitud referida a las nociones comunes de caliente o frío. Por lo general, un objeto más "caliente" que otro puede considerarse que tiene una temperatura mayor, y si es frío, se considera que tiene una temperatura menor. En física, se define como una magnitud escalar relacionada con la energía interna de un sistema termodinámico, definida por el principio cero de la termodinámica. Más específicamente, está relacionada directamente con la parte de la energía interna conocida como "energía sensible", que es la energía asociada a los movimientos de las partículas del sistema, sea en un sentido traslacional, rotacional, o en forma de vibraciones. A medida de que sea mayor la energía sensible de un sistema, se observa que éste se encuentra más "caliente"; es decir, que su temperatura es mayor.

5 PROPIEDADES. La temperatura Posee unas escalas, es decir que se mide en grados centígrados (Celsius), grados Kelvin y Fahrenheit, y Rankine. Las relaciones entre estas escalas son: F= (9/5) C+32 C= (5/9) F-32 K= C+273 R= F+460 Dilatación térmica: son las variaciones en las dimensiones de un cuerpo, debido a los cambios de temperatura de un cuerpo; todos los solidos, líquidos y gases siempre se dilatan a cambios de T. Dilatación en los solidos: Dilatación lineal: produce un alargamiento en la longitud inicial del cuerpo. Dilatación superficial: produce un aumento en el área de un cuerpo en el que priman dos dimensiones.

6 Dilatación cubica: es el aumento de volumen que experimenta un cuerpo de 3 dimensiones. Dilatación de los líquidos: es el volumen de un liquido por el aumento de la T. la dilatación de un liquido se halla de la sgte. Manera: Dilatación real= dilatación aparente + dilatación del recipiente. Dilatación de los gases: es la variación del volumen y la presión de los gases por el aumento de la T. Esta variación esta determinada por las ecuaciones de los gases perfectos: Principales Leyes: Ley de Boyle: T=constante Ley de Charles: p=constante Ley del gas ideal: PV= nrt Ley universal de los gases: P/V =(n x 1atm. x 22,4 litros/mol)/ 273 K = nr T= temperatura V= volumen P= presión n= # de moles R= 0,0821 atm.

7 CARACTERÍSTICAS DEL CALOR. Cuando un cuerpo gana calor, su temperatura aumenta, cuando no lo hace es porque su estado físico cambia. El calor se transmite de un cuerpo caliente a otro más frio, nunca al contrario. Cuando un cuerpo se somete a calor el cuerpo se dilatara, y cuando este pierde calor se contraerá. El calor se puede medir en joules (julios, J) que es el que se emplea en el sistema internacional, o en calorías (cal), una caloría equivale a 4,16 joules y se define como la cantidad de calor necesaria para que un gramo de agua aumente su temperatura en un grado centígrado (con más precisión, para que su temperatura pase de los 14,5 C a los 15,5 C). Para medir el calor en una reacción química o un cambio físico se usa un calorímetro. El calor se transmite por: Conducción: es cuando el calor se transfiere por colisiones entre las moléculas rápidas de la región más caliente a un cuerpo material y las moléculas más lentas de su región más fría. Todos los líquidos, sólidos y gases son conductores de calor. Los metales son los mejores conductores de calor porque sus electrones pueden moverse con relativa libertad.

8 Convección: La convección es el proceso por el que se transfiere energía térmica de un punto a otro de un fluido (líquido o gas) por el movimiento del propio fluido. por ejemplo, al calentar el agua en un recipiente, la parte del fondo se calienta antes, se hace menos densa y sube, bajando el agua de la superficie que está más fría y así se genera un proceso cíclico. Radiación: La radiación es el proceso por el que los cuerpos emiten energía que puede propagarse por el vacío. es un método de transferencia de calor que no precisa de contacto entre la fuente y el receptor del calor. Las radiaciones se clasifican, de menor a mayor energía como se muestra en la siguiente figura:

9 CARACTERISITICAS DE LA TEMPERATURA. Cuando la temperara es extremadamente baja es llamada comúnmente cero absoluto que es cuando los átomos y las moléculas no tendrían movimiento, el cero absoluto es igual a 0 Kelvin en grados centígrados El termómetro es el instrumento con el que se mide la variación de la temperatura. Primera ley de la termodinámica: la energía se conserva. Esta ley se expresa como: E int = Q - W Cambio en la energía interna en el sistema = Calor agregado (Q) - Trabajo efectuado por el sistema (W) segunda ley de la termodinámica: primera parte: el calor fluye espontáneamente de un foco mas caliente a un foco mas frio. Segunda parte: no es posible ningún proceso cíclico cuyo único resultado sea la absorción de calor de un foco y su transformación completa en trabajo.

10 CALORIMETRIA. Mediante la calorimetría se puede medir el calor en una reacción química o un cambio físico usando un instrumento llamado calorímetro. Pero también se puede emplear un modo indirecto calculando el calor que los organismos vivos producen a partir de la producción de dióxido de carbono y de nitrógeno (urea en organismos terrestres), y del consumo de oxígeno. Dónde: ΔU = cambio de energía interna Como la presión no se mantiene constante, el calor medido no representa el cambio de entalpía. Calorimetría a presión constante: El calor medido es igual al cambio en la energía interna del sistema menos el trabajo realizado: Como la presión se mantiene constante, el calor medido representa el cambio de entalpía. Calor especifico de los gases: se presentan dos; calor específico o presión constante; y calor específico a volumen constante. Calor de combustión: es el calor que desprende un gramo de masa de una sustancia al arder. Al combinarse con el oxígeno. Su unidad es cal/g. Capacidad calorífica: es la cantidad de energía térmica necesaria para elevar la T de un objeto en un C o K. se nota por c= C/m. Calor especifico: es la cantidad de calor que hay que asumirle a la unidad de masa de una sustancia para elevar su temperatura en 1 C.

11 Cambios de estado: En física y química se denomina cambio de estado a la evolución de la materia entre varios estados de agregación sin que ocurra un cambio en su composición. Los tres estados más estudiados y comunes en la tierra son el sólido, el líquido y el gaseoso; no obstante, el estado de agregación más común en nuestro universo es el plasma, material del que están compuestas las estrellas (si descartamos la materia oscura).

12 APLICACIONES EN LA INGENIERIA Un termostato: Es el componente de un sistema de control simple que abre o cierra un circuito eléctrico en función de la temperatura. Termostato bimetálico de control automático: Consiste en dos láminas de metal unidas, con diferente coeficiente de dilatación térmico. Cuando la temperatura cambia, la lámina cambia de forma actuando sobre unos contactos que cierran un circuito eléctrico. Pueden ser normalmente abiertos o normalmente cerrados, cambiando su estado cuando la temperatura alcanza el nivel para el que son preparados. Automáticos: Regresan a su estado inicial sin necesidad de intervención humana. Actúan de una forma totalmente automática, de ahí su aplicación actual en gran parte de los hogares. Manuales: Son los que requieren intervención humana para regresar a su estado inicial, como los termostatos de seguridad que realizan una función en caso de que la temperatura alcance niveles peligrosos.

13 Termistor Es un sensor resistivo de temperatura. Su funcionamiento se basa en la variación de la resistividad que presenta un semiconductor con la temperatura. Al aumentar la temperatura, aumentará también la concentración de portadores, por lo que la resistencia será menor. La máquina de vapor Es un motor de combustión externa que transforma la energía térmica de una cantidad de agua en energía mecánica. En esencia, el ciclo de trabajo se realiza en dos etapas: 1. Se genera vapor de agua por calentamiento en una caldera cerrada, lo cual produce la expansión del volumen de un cilindro empujando un pistón. El movimiento de este pistón que es lineal se transforma en un movimiento de rotación que puede accionar las ruedas de una locomotora o el rotor de un generador eléctrico. Una vez alcanzado el final de carrera el émbolo retorna a su posición inicial y expulsa el vapor de agua utilizando la energía cinética de un volante de inercia. 2. El vapor a presión se controla mediante una serie de válvulas de entrada y salida que regulan la renovación de la carga; es decir, los flujos del vapor hacia y desde el cilindro.

14 El tubo de calor: Consiste en un tubo hueco cerrado por los dos extremos, sometido a vacío y con una pequeña cantidad de un fluido vaporizarte (mezcla de alcohol) en su interior. Cuando se calienta la parte del tubo donde se encuentra el fluido, éste se evapora absorbiendo el calor latente de vaporización. Este vapor se desplaza hasta alcanzar la parte del tubo que se encuentra a menor temperatura, produciéndose allí su condensación y la consiguiente liberación del calor latente asociado a este cambio de estado. El líquido retorna por capilaridad o debido a la acción de la gravedad (caso de los colectores solares) y el ciclo de evaporación-condensación se repite. Los tubos de calor son considerados como los superconductores del calor, debido a su muy baja capacidad calorífica y a su excepcional conductividad (miles de veces superior a la del mejor conductor sólido del mismo tamaño). La principal característica distintiva del tubo de calor es que puede almacenar calor dentro de el mismo. Se encuentra concentrado en su interior, y si bien se mueve, lo hace sólo dentro del tubo. Se han usado en la industria aeroespacial para refrigerar componentes de satélites de comunicaciones, transportando el calor generado por los componentes electrónicos al exterior, donde reinan muy bajas temperaturas. La máquina de Carnot: es una máquina ideal que utiliza calor para realizar un trabajo. En ella hay un gas sobre el que se ejerce un proceso cíclico de expansión y contracción entre dos temperaturas. El ciclo termodinámico utilizado se denomina ciclo de Carnot. Una máquina de Carnot es el procedimiento más eficaz para producir un trabajo a partir de dos focos de temperatura. Expansión isotérmica:

15 Se parte de una situación en que el gas ocupa el volumen mínimo a una temperatura dada y a presión alta. En este estado se transfiere calor al cilindro desde la fuente de temperatura haciendo que el gas se expanda. Al expandirse, El volumen del gas aumenta produciendo un trabajo sobre el pistón. Dado que la temperatura permanece constante durante esta parte del ciclo, el gas no cambia su energía interna y todo el calor absorbido de se convierte en trabajo Compresión isotérmica: Se pone en contacto con el cilindro la fuente de calor de temperatura y el gas comienza a comprimirse, pero no aumenta su temperatura porque va cediendo calor a la fuente fría. Durante esta parte del ciclo se hace trabajo sobre el gas pero, como la temperatura permanece constante, la energía interna no cambia y el trabajo es absorbido en forma de calor por la fuente.

16 CONCLUSIONES. Luego de la realización de este trabajo se puede llegar a la conclusión que la energía que puede intercambiar un cuerpo con su entorno depende del tipo de transformación que se efectúe sobre ese cuerpo y por tanto depende del camino. Los cuerpos no tienen calor, sino energía interna. El calor es parte de dicha energía interna (energía calorífica) transferida de un sistema a otro, lo que sucede con la condición de que estén a diferente temperatura. También podemos concluir que mediante la energía térmica podemos generar diferentes trabajos que han favorecido al hombre desde muchos años atrás y que ahora son aun implementados en la industria teniendo grandes resultados.

17 BIBLIOGRAFIA. Fisica para ciencias e ingeniería. Raymond A. Serway Fisica Universitaria. Zemansky Sears