Ondas y ópticas Henry Núñez Coavas hnunez3@cuc.edu.co
Escalas de temperatura Escala Celsius ( ) Escala Fahrenheit ( ) Escala Kelvin (K) Centígrada Absoluta T K = T C +273 T F = 9 5 T C+32
Dilatación de solidos L = αl 0 T T = T f T 0 L 0 a T 0 L 0 + L = L a T f L = L 0 + L = L 0 +αl 0 T L = L 0 (1 + α T ) A = A 0 (1 + σ T ) V = V 0 (1 + β T ) α coeficiente de dilatación lineal σ = 2α coeficiente de dilatación superficial β = 3α coeficiente de dilatación volumétrica Unidades α, σ, y β ; 1 K, 1
Calor especifico (c) Energía térmica necesaria para cambiar en un grado la temperatura de la unidad de masa de un sistema. Si el calor especifico es constante en el rango de temperatura T = T 2 -T 1, entonces ; c = Q m T CALORÍA (cal) Q=cm T Energía térmica necesaria para cambiar en un grado la temperatura de un gramo de agua inicialmente a 14,5
Equivalente mecánico del calor, experimento de joule
Punto de fusión PUNTO DE VAPORIZACIÓN PUNTO TRIPLE CALOR LATENTE Energía térmica necesaria para cambiar de estado o fase la unidad de masa de una sustancia a temperatura constante. Dependiendo al cambio de fase, puede ser de fusión, vaporización y sublimación. Q=mL f Q=mL v
Algunos datos para el agua Sustancia Calor especifico (cal/g C) T. Fusión T ( C) C. L de F L f (cal/g) T. Vap T ( C) C.L de V L v (cal/g) Agua 1,000 0 80 100 540 Hielo 0,500 Vapor de 0,480 agua Aluminio 0,215 Nota: para convertir el calor especifico a J/kg. C o calor latente a J/kg multiplica por 4186
Ejercicio Q=cm T Q=mL f Q=mL v Calcule la energía térmica necesaria para cambiar la temperatura de un gramo de hielo, inicialmente a -30 C, a 131,25 C
Transferencia de energía térmica Henry Núñez Coavas
Condición para sistema aislado, no hay intercambio de energía térmica con sus alrededores Q 1 + Q 1 + Q 1 + + Q n = 0
Ejercicios 1.Determine la temperatura a la que el valor en grados Fahrenheit es cuatro veces mayor que el valor en escala Celsius. 2. Tres esferas; aluminio cobre y hierro con el mismo volumen (diámetro 60 mm) se encuentran a temperatura ambiente (20 C). Si las esferas son sometidas a un cambio de temperatura, calcule la nueva densidad para cada una de ellas cuando la temperatura es 50C.C 3. Calcule la energía térmica que se necesita para elevar la temperatura desde -40 F hasta 120 C de 100 g de hielo que se encuentra en un recipiente de aluminio (Al) (calor especifico del Al 0,215 cal/g C y masa del recipiente 10 g)
Ejercicios 4. En cuanto tiempo una resistencia eléctrica de inmersión de 500 Watt hace el trabajo del punto anterior? Henry Núñez Coavas 5.Un trozo de hielo de masa 150 g, inicialmente a la temperatura de - 40 ºC, se deja caer en 300 g de agua cuya temperatura es de 20 ºC. Se agita la mezcla hasta alcanzar un estado de equilibrio final. Si el sistema no intercambia energía con sus alrededores. Describa el estado final del sistema (solo hielo, hielo y agua o solamente agua líquida) 6.Si se coloca un cubo de hielo 100 g a -20ºC en un calorímetro de cobre de 300 g que se encuentra a 20 C y se vierten en este 250 g de agua a 30ºC. halle la temperatura final del sistema y exprese si el estado final es hielo, agua o una mezcla de ambos. Considere que el sistema está separado del ambiente por una pared adiabática.
Ejercicios 1.Determine la temperatura a la que el valor en grados Fahrenheit es cuatro veces mayor que el valor en escala Celsius. 2.Tres esferas; aluminio cobre y hierro con el mismo volumen (diámetro 60 mm) se encuentran a temperatura ambiente (20 C). Si las esferas son sometidas a un cambio de temperatura, calcule la nueva densidad para cada una de ellas cuando la temperatura es 50. 3.Calcule la energía térmica que se necesita para elevar la temperatura desde -40 F hasta 120 C de 100 g de hielo que se encuentra en un recipiente de aluminio (Al) (calor especifico del Al 0,215 cal/g C y masa del recipiente 10 g) 4. En cuanto tiempo una resistencia eléctrica de inmersión de 500 Watt hace el trabajo del punto anterior? 5.Un trozo de hielo de masa 150 g, inicialmente a la temperatura de -40 ºC, se deja caer en 300 g de agua cuya temperatura es de 20 ºC. Se agita la mezcla hasta alcanzar un estado de equilibrio final. Si el sistema no intercambia energía con sus alrededores. Describa el estado final del sistema (solo hielo, hielo y agua o solamente agua líquida) 6.Si se coloca un cubo de hielo 100 g a -20ºC en un calorímetro de cobre de 300 g que se encuentra a 20 C y se vierten en este 250 g de agua a 30ºC. halle la temperatura final del sistema y exprese si el estado final es hielo, agua o una mezcla de ambos. Considere que el sistema está separado del ambiente por una pared adiabática. 7.En un calorímetro que se encuentra a temperatura inicial de 30 C se vierten 60 g de agua (también a temperatura de 20 C) y luego se le agrega 65 g de agua a temperatura de 60 C. Al cabo de un tiempo el sistema alcanza el equilibrio térmico en 40 C. Calcular la constante K del calorímetro. 8.En el calorímetro del punto anterior se tiene 200 g de agua a temperatura ambiente (20 C). luego se introduce un trozo de metal de masa 38,7 g a temperatura de 100 C. Identifique el metal introducido si la temperatura final de equilibro es de 25 C. 9.Considere que en el punto anterior no se conoce la masa del metal, pero se sabe que es aluminio cuál debe ser su masa?