Dentro de las más conocidas, tenemos: Celcius, Fahrenheit, kelvin. Física II Mg. José Castillo Ventura 1

Transcripción

1 Dentro de las más conocidas, tenemos: Celcius, Fahrenheit, kelvin Mg. José Castillo Ventura 1

2 Kelvin Grado Celcius Grado Farenheit Kelvin K = K K = C + 273,15 K = (F + 459,67)5/9 Grado Celcius Grado Farenheit C = K 273,15 C = C C = (F - 32) 5/9 F = K9/5-459,67 F = C9/ F = F Mg. José Castillo Ventura 2

3 Mg. José Castillo Ventura 3

4 Consideremos dos cuerpos A y B: separados por una pared diatérmica TA > TB Se verifica una transferencia de energía, A pierde algo de energía y B lo gana, al estar en desequilibrio, este proceso continuará hasta alcanzar el equilibrio térmico, en tal sentido podemos hablar que hubo una transferencia de calor entre A y B o la existencia de un flujo calorífico. A B Pared diatérmica Flujo calorífico Mg. José Castillo Ventura 4

5 Es aquella energía que se transfiere entre un sistema y su medio ambiente, debido a la diferencia de temperatura. Se puede considerar como la cantidad de energía en tránsito de los cuerpos de mayor temperatura a los de menor temperatura. Su unidad es la caloría, que es la cantidad de calor necesaria para variar la temperatura de 1g de agua de 14,5 C hasta 15,5 C. Mg. José Castillo Ventura 5

6 En el sistema británico tenemos como unidad al BTU, que es la cantidad de calor para elevar la temperatura de 1 lb de agua desde 63 F hasta 64 F. Equivalencias: 1 BTU= 252 cal= 0,252 Kcal= 1055 J. 1 cal= 0,001 Kcal= 4, 186 J. 1 BTU= 778 lb-pie Suponiendo una transferencia de calor Q entre un sistema de masa m y su entorno, en el caso que el sistema experimente una pequeña variación de temperatura T, se define capacidad calorífica, como: C = Q T cal C Magnitud física que indica la capacidad de un material para almacenar energía interna en forma de calor Mg. José Castillo Ventura 6

7 Es la capacidad calorífica por unidad de masa, es característica del material del cual está compuesto el cuerpo. Se le representa por : c = Q m T cal g C El calor específico a una presión constante (cp) del agua es 1 cal/g C ó 4, 186 J/g C. Según BRAHTZ (1968) existe una relación entre el calor específico y la salinidad del agua de mar a 0 C y 1 atm. De presión: = 1 c p, 005 Donde S = 0, salinidad ( S pp + 0, mil ) ó S kg 2 J K 0, S 3 Mg. José Castillo Ventura 7

8 El agua tiene un alto calor específico. El calor, que, simplemente indicado, quiere decir que el agua gana o pierde una cantidad grande de calor antes de que su temperatura cambie apropiadamente. Esto influencia gradualmente sobre factores tan importantes biológicamente como la fotosíntesis y la disponibilidad de oxígeno. Mg. José Castillo Ventura 8

9 Mg. José Castillo Ventura 9

10 CAMBIOS DE FASE Consideremos un recipiente con hielo a -25 C, el cual es sometido a calor por medio de rodearlo de un recipiente que le suministra calor a temperatura constante. Mg. José Castillo Ventura 10

11 T( C) 125 f d e b c a t a b c d e b Cambio de sólido a líquido c Calor latente de fusión (temperatura no aumenta) d Cambio de líquido a vapor e Calor latente de vaporización (temperatura no aumenta) f Cambio a vapor saturado. Ventura Mg. José Castillo 11

12 Calor latente de fusión.- Es la cantidad de calor por unidad de masa que ha de suministrarse a una sustancia en su punto de fusión para convertirla completamente en líquido a la misma temperatura. Su valor para el agua es 333,6 J/g ó 3,34 x 10 5 J/kg, cuando la congelación ocurre a 0 C Calor latente de vaporización.- Es la cantidad de calor por unidad de masa que ha de suministrarse a una sustancia en su punto de ebullición para convertirla completamente en gas a la misma temperatura. Su valor para el agua es ó 2,26 x 10 6 J/kg, en ella ocurre para 100 C. Mg. José Castillo Ventura 12

13 A distintas profundidades, la temperatura y salinidad de las aguas varía. La pendiente de variación del punto de densidad máxima es mayor que la generada por el cambio del punto de congelamiento, conforme aumenta la salinidad. Para cierto porcentaje de salinidad (24.7%), el punto de densidad máxima y de congelamiento del agua se alcanzan a igual temperatura ( ºC). Para valores mayores que 24.7% de salinidad, el agua se congela antes de llegar al punto de densidad máxima (esto es válido para el agua de mar). Mg. José Castillo Ventura 13

14 La salinidad también afecta la temperatura a la cual el agua de mar se congela; así, a medida que la salinidad aumenta se requiere una temperatura de congelación más baja. El punto de congelación disminuye regularmente de 0ºc en el agua pura a 1.9ºc en el agua salada a 35 o /oo. (g de sal por litro de solución) Mg. José Castillo Ventura 14

15 La temperatura también afecta la densidad del agua de mar. Así, la densidad disminuye con el aumento de la temperatura y mientras más fría sea, el agua será más densa. Mg. José Castillo Ventura 15

16 La estabilidad del océano: Está determinada por la distribución de la densidad en profundidad. La temperatura es el factor más importante en la determinación de la estabilidad del océano. VARIABLE ESTABILIDAD INESTABILIDAD DENSIDAD TEMPERATURA SALINIDAD Aumenta con la profundidad Disminuye con la profundidad Aumenta con la profundidad Disminuye con la profundidad. Aumenta con la profundidad. Disminuye con la profundidad. Mg. José Castillo Ventura 16

17 La importancia de la temperatura y la salinidad como factores que influencian la salinidad del agua, se puede remarcar al hacer una comparación cuantitativa del efecto en la densidad por cambios en la salinidad y la temperatura. De este modo, un cambio de salinidad de 1 o /oo tiene más efecto en la densidad que un cambio de 1ºc. Por ejemplo: La diferencia de densidad producida por un cambio de salinidad de 1 o /ooes de gr /cm 3. La diferencia de densidad producida por un cambio de temperatura de 1ºc, es entre y gr /cm 3. Sin embargo, cuando consideramos las aguas superficiales del océano como un todo, observamos que la temperatura es el factor más importante porque sus variaciones (entre 2 y 35ºc) son mucho mayores que las variaciones de salinidad (33 o /ooa 37 o /oo). Mg. José Castillo Ventura 17

18 La conducción de calor es el flujo de energía a través de una sustancia o combinación de sustancias causado por la diferencia de temperaturas, de una región de alta temperatura a una de baja temperatura. Flujo de calor T2 T1 x2 x1 H = dq dt = K A dt dx J s K = W cm C Mg. José Castillo Ventura 18

19 dq = Velocidad de transferencia dt H = Flujo de calor dt = Gradiente de temperatura dx K = Conductividad térmica A = Área de calor Existen tres mecanismos básicos para que el calor fluya de una región de alta temperatura a otra de baja temperatura: Conducción, convección y radiación Ventura Mg. José Castillo 19

20 CONDUCCIÓN Es la transmisión de energía a través de un medio material por sucesivos choques de las moléculas cercanas. L Cuando la temperatura ya no varía a lo largo de la barra se dice que T2 T1 H A alcanzó un estado estacionario,en cuyo caso la ecuación es: Pared adiabática H K = T 2 T KA L Conductivi = 1 dad térmica Pero si el calor se brinda en condiciones no estacionarias, se busca la variación de temperatura a lo largo de la longitud, en cuyo caso: H dt = KA, dx dt dx gradiente de temperatur a Ventura Mg. José Castillo 20

21 CONVECCIÓN Es la transmisión de energía en un fluido (líquido ó gas) debido a la transferencia real de fluido de alta temperatura desde una región de temperaturas más elevadas a otra de temperaturas más bajas. En los sistemas acuáticos es muy baja porque el agua es muy mal conductor del calor. La convección puede ser : Forzada, si el movimiento del material es provocada por un ventilador o bomba. Libre, se produce debido a la diferencia de densidades. H = h A T h = cte. de transmisió n de calor por convección Mg. José Castillo Ventura 21

22 RADIACIÓN Es energía electromagnética que se propaga a través del espacio a la velocidad de la luz, se caracteriza por su longitud de onda. Potencia de emisión (Re) Es la velocidad de emisión del cuerpo radiante, viene dado como: 4 R = A T Potencia de absorción (Ra) Es la velocidad de absorción del cuerpo radiante, viene dado como: 4 R = A T 0 < < 1 ; = 5, 67 x 10 8 m W 2 K 4 Ley de Stefan Boltzmann. Si el objeto está dentro de un recinto, talque tiene mayor temperatura que éste (Te>Ta),entonces existirá un flujo neto a las áredes con una velocidad: R = R R = A e a ( 4 4 T T ) e a a e a e Mg. José Castillo Ventura 22

23 PROCESOS DE CONDUCCIÓN DEL CALOR Ventura Mg. José Castillo 23

24 Mg. José Castillo Ventura 24