EL CALOR Y LA TEMPERATURA - Teoría

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Rocío Castro Sáez
hace 5 años
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1 EL CALOR Y LA TEMPERATURA - Teoría Prof.- Juan Sanmartín 4º Curso de E.S.O. 1

2 INTERCAMBIO DEL CALOR COMO FORMA DE TRANSFERENCIA DE ENERGÍA Pese a que los cambios que pueden producirse en los sistemas son muy variados, el modo en que los sistemas intercambian energía solo se produce de dos formas: mediante el calor y el trabajo. Mediante el calor. El Intercambio térmico se produce, entre dos sistemas que se encuentren en desequilibrio térmico; esto es a diferente temperatura. Pasa del de mayor temperatura a menor. Dos sistemas a igual temperatura se encuentran en equilibrio térmico. Mediante trabajo. El intercambio mecánico se da cuando las fuerzas actúan sobre los cuerpos y se desplazan, deforman o modifican de algún modo su movimiento. Es el tipo de intercambio energético que se produce en las máquinas: un coche, una grúa, una lavadora. El calor y el trabajo son dos magnitudes físicas. Al ser formas de transferencia de energía, el calor y el trabajo se miden en las mismas unidades que la energía: en julios (j) o kilojulios (.1Kj = 1000 j). En el caso del calor también se utiliza calorías (1 caloría= 4,18 J) 2

3 EFECTOS DE LA TRANSFERENCIA DE ENERGÍA TÉRMICA Si ponemos en contacto dos cuerpos con diferente temperatura, el que posee más energía térmica la cede al otro en forma de calor, hasta que se igualan las temperaturas. Entonces la energías de los dos cuerpos también son iguales y se ha alcanzado el equilibrio térmico. T1 T2 T T donde T 1 > T 2 T = T El aporte o perdida de calor de un cuerpo produce cambios en su energía interna y por tanto, de su temperatura. Este aumento o disminución de la energía térmica, produce cambios de estado, dilataciones y contracciones, transformaciones químicas, etc 3 La dilatación y la contracción de los cuerpos se producen porque, al aumentar o disminuir su energía interna, las moléculas se agitan más o menos. Entonces las distancias entre ellas varían y también los espacios en los que se agitan. Si se agitan más se produce un aumento de tamaño del cuerpo (dilatación) y si se agitan menos una disminución (contracción).

4 CALOR, TEMPERATURA Y EQUILIBRIO TÉRMICO Calor y temperatura son conceptos diferente. El calor es energía en movimiento, es decir energía térmica transferida de un sistema que está a mayor temperatura, a otro que está a menor. La temperatura es la magnitud física que mide la cantidad de energía térmica que tiene un cuerpo o un sistema. Las moléculas que forman todos los cuerpos están siempre en movimiento. La temperatura nos informa del grado de agitación de las partículas de un cuerpo y equivale al valor promedio de la energía de todas sus partículas. La unidad de temperatura en el S.I. es el grado Kelvin (K) de la escala absoluta. Pero la escala que se utiliza normalmente es la escala Centígrada, en la que la unidad es el grado centígrado (ºC) es la temperatura de fusión del hielo; y el valor de 100ºC, es la temperatura de ebullición del agua. 4

5 DISTINCIÓN ENTRE CALOR Y TEMPERATURA. LOS TERMOMETROS El calor como hemos estudiado el calor es el transito de energía entre dos sistemas en desequilibrio térmico. El de mayor temperatura cede energía al otro. Por tanto, el calor es energía en transito y se mide en julios. La temperatura no es energía; expresa el estado de agitación molecular de un cuerpo y se mide en kelvin, o en grados centígrados. El calor y la temperatura son dos magnitudes distintas. Escalas termométricas: 5 Escala centígrada toma como puntos de referencia las temperaturas de fusión y ebullición. Del agua a una atmósfera de presión y se les asigna valores de 0 a 100. Escala Fahrenheit: Hace corresponder los mismos puntos con 32º F y 212º F. La escala se divide en 180 partes iguales. Escala Kelvin. No es una escala arbitraria; su cero se sitúa en el punto de la temperatura mínima posible, donde los átomos y las moléculas estarían en reposo. Este punto se corresponde aproximadamente con 273 ºC. La unidad de temperatura en el S.I. es el Kelvin (K)

6 ESCALAS TERMOMÉTRICAS 6

7 100 unidades 180 unidades 100 unidades Temperaturas (Unidades) ºC ºF K 100ºC 212ºF 373 K 0ºC 32ºF 273 K -273ºC -459,4ºF 0 K En el gráfico vemos las tres escalas de temperatura. La ESCALA CENTÍGRADA toma como referencia las temperaturas de fusión y evaporación del agua en Condiciones normales y les asigna 0ºC a la de fusión y 100ºC a la de evaporación. Entre ellas existirán 100 unidades. La ESCALA FARENHEIT asigna a los anteriores valores 32ºF y 212ºF respectivamente y por lo tanto tendremos 180 unidades entre ambas temperaturas. La ESCALA ABSOLUTA O KELVIN esta basada en los problemas de valores negativos en las ecuaciones de gases y por lo tanto se busco el 0 absoluto manteniendo la escala de la CENTIGRADA que coincide con los - 273ºC de esta.

8 Transformaciones º C K De Grados Centígrados a Kelvin se pasa añadiendo a los G. K º C 273 Ejemplo Centígrados 273 unidades. OJO! GRADOS CENTÍGRADOS, GRADOS FARENHEIT Y KELVIN, NO GRADOS KELVIN. 23º C K K 23º C K 134º C K K 134º C K 410K ºC ºC 410K K ºC ºC 200K ºC 73ºC

9 Transformaciones º C ºF Ejemplo ºC 180 ºF ºC ºF ºC 180 ºF ºC ºF ºC 180 ºF ºF ºC ºC La transformación se complica al tener diferente escala. Tenemos que aplicar las siguientes formulas: º C ºF ºF º F ,2ºF 12,2ºC

10 Transformaciones ºF K Ejemplo ºC 180 ºF En este caso tenemos que pasar por Grados Centígrados para la tranformación. K º C 273 º C 100 º F k ºF ºC º C 300k º C ºF ,6ºF º F K ºC 298K 100 ºF º C ,4ºC K 24,4º C 273 ºC º C 298k º C ºF ºF ,6 K

11 CALOR ESPECÍFICO No todas las sustancias absorben o desprenden, en igualdad de masa, las mismas cantidades de calor. Dependen de su naturaleza química, es decir, del tipo de partícula que la compone y de cómo se encuentran unidas. Así, para elevar 1 kelvin la temperatura de un kilogramo de hierro se necesitan 458 Julios, mientras que 1 kilogramo de alcohol requiere de 2450 Julios (estas cantidades se desprenden cuando la temperatura disminuye 1 kelvin). En base a esta propiedad característica de cada sustancia, definimos el calor específico C e. Definimos Calor Específico de una sustancia como la cantidad de Energía (Q) que hay que proporcionar a 1 kg. de esta para elevar su temperatura 1 kelvin. Esto se expresa de la siguiente manera C especifico C e m Q sustancia T Siendo la variación de temperatura, la temperatura final (o de equilibrio) de la sustancia menos la inicial T T final T inicial 11

12 CALORES ESPECÍFICOS Sustancia Calor específico Agua (líquida) 4180 Hielo (Agua sólida) 2090 Vapor de agua 2090 Alcohol 2450 Aluminio 899 Hierro 452 Cobre 385 Mercurio 138 Plata 234 TABLA DE CALORES ESPECÍFICOS DE DIFERENTES SUSTANCIAS. Las unidades son: Julios Kilogramo Kelvin J KgK Plomo 130 Oro

13 CALOR ESPECÍFICO / ENERGÍA CALORÍFICA Por lo tanto, la energía (Q) necesaria para elevar una masa (m) de una sustancia cuyo calor específico es C e, del una temperatura inicial (T inicial o T 0) hasta una temperatura final o de equilibrio (T f ), viene dada por la siguiente expresión. Q m sustancia C e sustancia T final T inicial De lo que podemos deducir que: Si T f > T 0 entonces Q > 0, el calor es absorbido por la sustancia que está a menor temperatura y esta se eleva. Si T f < T 0 entonces Q < 0, el calor es cedido por la sustancia que está a mayor temperatura y esta se reduce. 13

Si T f < T 0 entonces Q < 0, el calor es cedido por la sustancia que está a

Es, por ejemplo, el caso de los alimentos en la nevera que disminuyen su

Si T f > T 0 entonces Q > 0, el calor es absorbido por la sustancia que

14 Si T f < T 0 entonces Q < 0, el calor es cedido por la sustancia que está a mayor temperatura y esta se reduce. Es, por ejemplo, el caso de los alimentos en la nevera que disminuyen su temperatura al recibir el calor de este. Si T f > T 0 entonces Q > 0, el calor es absorbido por la sustancia que está a menor temperatura y esta se eleva. Es, por ejemplo, el caso de los alimentos en un horno que aumentan su temperatura al recibir el calor de este. Q 14

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