CALOR
Temperatura Escala Termométrica Calorimetría: calor específico Cambios de estado: calor latente Equivalente mecánico del calor Regulación de la temperatura corporal
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EL CALOR y LA TEMPERATURA Pedro, cierra la ventana. Que no salga el calor.
¡Que
no salga el calor!!!
¡O que entre el frío!!!
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Pedro, ahora te contaré la historia del Calor Antiguamente se creía que el calor era una sustancia presente en los cuerpos calientes a la que denominaron CALÓRICO, (en la actualidad sólo es vigente el nombre con el que se denomina CALORÍA a la unidad de calor). En 1798, BENJAMÍN THOMPSON revolucionó la ciencia cambiando la concepción sobre el calor, relacionándolo con el movimiento molecular. Años después, JAMES PRESCOTT JOULE sustentó el movimiento molecular con la producción de un trabajo mecánico.
Encontramos fuentes naturales de energía térmica tales como...
Sol
Volcán
Fogata
fuentes artificiales de energía térmica tales como la combustión del gas propano de la cocina.
2 C3H8+ 10 02 Propano
6 CO2 + 8 H2O + Anhídrido Carbónico 4
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Entonces…… ¿Qué es el calor? El calor es energía en tránsito. Es decir, un flujo de energía...
El CALOR es una cantidad de Energía Térmica que se transfiere de un cuerpo de mayor temperatura a otro con menor temperatura, por efecto de colisiones atómicas individuales.
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¿qué es ENERGÍA TÉRMICA?
hielo Agua hirviendo
CALOR
ENERGÍA TÉRMICA
Una medida de la Energía Térmica es la TEMPRATURA que está relacionada con la energía cinética de los átomos de una sustancia que tiene un movimiento aleatorio y desordenado.
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A nivel microscópico T está asociada al movimiento de las moléculas ENERGIA INTERNA TOTAL
La temperatura está relacionada con el valor promedio de la energía cinética de traslación ENERGIA CINETICA TRASLACIONAL
ENERGIA CINETICA
ENERGIA POTENCIAL DE LAS MOLECULAS
ENERGIA VIBRACIONAL
ENERGIA ROTACIONAL
Partic -temp
A
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Temperatura (T) Es una medida de la energía cinética media que tienen las moléculas. A mayor temperatura mayor agitación térmica (mayor energía cinética media). Es una magnitud “intensiva”, es decir, no depende de la masa del sistema. Dos cuerpos con diferentes temperaturas evolucionan siempre de forma que traten de igualar sus temperaturas (equilibrio térmico). Para medir T se utilizan los termómetros que se basan en la dilatación de los líquidos (normalmente mercurio).
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La temperatura tiene escalas cuyos puntos de referencia en las escalas relativas son:
la temperatura de fusión y ebullición del agua.
Y el cero absoluto (en la escala absoluta) cuya unidad de medida es el kelvin
EVAPORACIÓN DELAGUA
CONGELACIÓN DEL AGUA CERO ABSOLUTO 9
Escalas relativas
Punto de ebullición del agua (1atm) Punto de solidificación del agua (1atm)
Cero absoluto
Escala absoluta
ºC
ºF
K
100
212
373
32
273
-460
0
0
-273
Las relaciones de conversión de una escala de temperatura a otra se obtienen: Dividiendo Temperatura/ divisiones
°C = °f-32 = K-273 100 180 100
°C = °f-32 = K-273 5 9 5
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Para construir un termómetro se tiene en cuenta una PROPIEDAD TERMOMÉTRICA
PROPIEDAD TERMOMÉTRICA: propiedad física que varía con la temperatura Longitud de una barra de hierro Altura de una columna de mercurio Resistencia eléctrica de un metal Presión de un gas a volumen constante
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Termómetro de gas a volumen constante
Alcohol
EXISTEN VARIOS TIPOS DE TERMÓMETROS.
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TEMPERATURA DE ALGUNOS FENÓMENOS FÍSICOS FENÓMENOS
ºC
CERO ABSOLUTO
-273
EBULLICIÓN DEL OXIGENO
-183
HIELO SECO (CO2)
-79
CONGELACIÓN DEL AGUA
0
TEMPERATURA DEL CUERPO
37
EBULLICIÓN DEL ALCOHOL
78
EBULLICIÓN DEL AGUA
100
FUSIÓN DEL PLOMO
327
FUSIÓN DEL HIERRO
1.530
LLAMA DEL MECHERO
1.870
LLAMA PARA SOLDAR
3.500
FILAMENTO DE UN FOCO
2.500
SUPERFICIE DEL SOL
6.000
ARCO DE SOLDADURA
6.020
EXPLOSIÓN BOMBA ATÓMICA
40.000.000
EL INTERIOR DE LAS ESTRELLAS
4.000.000.000
Al aportar energía térmica a un sistema, éste aumenta su temperatura al igual que su energía interna, dependiendo de tres factores.
Ti
Tf
Animación
Éstos son: Aumento de temperatura deseado
∆ T.
La masa de sustancia del sistema (m) Su calor específico (Ce) : es la energía térmica necesaria para aumentar un grado de temperatura a un gramo de la sustancia considerada.
[Ce] = cal/gr ºC
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Esto se resume en la siguiente ecuación fundamental de la calorimetría
Calor sensible Q = m Ce (Tf – Ti) [Q]= caloría
∆ T = (Tf – Ti)
[Ce] = cal/gr ºC
La CALORÍA es la cantidad de energía térmica que hay que suministrar a un gramo de agua en estado líquido para elevar su temperatura de 14,5ºC a 15,5ºC. Ce = Calor específico depende de la sustancia, temperatura y el estado de agregación de la materia
CALOR ESPECÍFICO DE ALGUNAS SUSTANCIAS SÓLIDOS
TEMPERATURA (C)
CALOR ESPECIFICO (cal / gr ºC)
ALUMINIO
20
0.214
LATON
20
0.094
COBRE
20
0.093
VIDRIO
20
0.161
CUERPO HUMANO (valor medio)
37
0.83
HIERRO
20
0.115
AGUA (hielo)
0
0.50
MADERA
20
0.42
PLOMO
20
0.031
-190
0.232
ALCOHOL ETILICO (sólido)
LIQUIDOS AGUA
15
1.0
100
1.0072
ALCOHOL ETILICO
0
0.535
MERCURIO (Hg)
20
0.0332
AIRE
100
0.240
CO2
15
0.199
O2
15
0.218
N2
15
0.248
GASES
AGUA (vapor) ALCOHOL ETILICO
(vapor)
100
0.45
100
0.824
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¿Qué es un CALORÍMETRO?
Se puede medir el calor de una reacción química o un cambio físico, utilizando un equipo que se denomina CALORÍMETRO (cumple con el principio de las mezclas).
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Método de mezclas •Cuando se mezclan dos sustancias con temperaturas diferentes(1) • Se produce una transferencia de energía térmica (2) • El sistema alcanza una temperatura final. (3) Dicha temperatura final recibe el nombre de TEMPERATURA DE EQUILIBRIO
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3
entonces la fórmula para hallar esta temperatura ¿será?………
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Método de mezclas Obviamente, si un cuerpo adquiere energía térmica, es porque otro lo cede, de forma que: Q entregado = - Q recibido mA· ceA· (Teq– T0A) = – mB· ceB· (Teq– T0B) Sea A el cuerpo de mayor temperatura (entregará) y el B de menor temperatura (absorberá) Al final, ambos adquirirán la misma temperatura de equilibrio (Teq):
Teq To Teq To
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METODO DE MEZCLA Cálculo del csol - QE = Q R m csol (Teq – T0sol) = - ma ca (Teq –T0a ) ?
csólido ??
t [°C]
t0 sólido
t
equil
T0 a
Q [cal] Qentregado = - Qrecibido
ANIMACION
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CAMBIO DE FASE Cuando un cuerpo pasa de una fase a otra se llama cambio de fase, y esto sólo sucede cuando los cuerpos experimentan una ganancia o pérdida de calor. Siempre a una presión y temperatura determinada.
Líquido
Calor latente LV
Q= m L
LF LC = -LV LS = -LF LSub Sólido
Sublimación
Gas
Donde: Q = Calor absorbido o perdido m = masa de la sustancia L = calor latente de la sustancia
LS = -LSub
CALOR LATENTE depende de la sustancia y del tipo de cambio de estado SUSTANCIA
PF (C)
LF ( cal/gr)
PE (C)
L V (cal/gr)
0
80
100
540
ALCOHOL ETILICO
-114
24.9
78
204
AZUFRE
119
13.2
444
50
OXIGENO
-219
3.3
-1.83
48
Hg
-39
2.82
357.0
65
PLOMO
327
5.8
1750
201
COBRE
1083
51.16
2566
1179
MERCURIO
- 39
2.8
357
65
AGUA
Lfusión = -Lsolidificación Lf = -Ls
Lvaporización = -Lcondensación Lv = -Lc
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ESQUEMA DE FLUJO DE CALOR PARA EL AGUA
Qf = Lf . m
Qv = Lv . m
Lf = 80 cal
Lv = 540 cal
Q fusión
Q vaporación
Q sólido
Q líquido
Calor sensible
Hielo -273
Q Vapor calor sensible
Calor sensible
Vapor
Agua 0
100
TºC
En tus problemas aplicarás éstas fórmulas, tomando en cuenta la fase en que se encuentre la materia.
Si se produce: Aumento su temperatura: CALOR SENSIBLE Q = m. ce . T Ce depende del estado de agregación de la materia. T signo (+) cuando recibe calor
Si se produce: Cambio de estado físico: CALOR LATENTE QF = LF · m QV = LV · m QF = - QS QV = - QC
El valor y signo de L tiene en cuenta el cambio de fase que se está produciendo. Lf y L c signo(+) recibe calor
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Calor sensible
Calor latente
Q = m Ce (Tf – Ti)
Q= m L
calor latente de fusión agua Lf=80cal/gr
Qtotal = Qsólido
calor latente de ebullición o de condensación del agua Lv=540cal/gr
+ m Lf +
Qliq +
m Lv
+
Qvap A
JOULE determinó Equivalente mecánico del calor Cuando las pesas pierden energía potencial, el agua se calienta:
h
1 kcal = 4186 J 1 cal = 4,186 J animación
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Ayer te observe comiendo en el recreo… Te gusta mucho las hamburguesas, helados y tortas ¿No?.
Sí, me encantan y con bastantes cremas. ( Ya me provocó un )
¿Sabías que los alimentos que consumimos nos dan energía térmica; esta energía no es almacenable pero podemos medirla por los efectos que produce?
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Aquí te muestro cuantas Kilocalorías tienen algunos alimentos comúnmente consumidos.
Sustancia
Kcal
Torta de Chocolate (Tajada delgada)
140
Bola de helado de vainilla
145
Pan con mermelada
225
Un sorbo de licor
105
Por lo visto tengo mucha energía potencial por todo lo que he comido hoy.
Equivalencia entre la caloría y la unidad de trabajo: (Equivalente mecánico del calor) 1cal = 4,186J 1J = 0,24cal
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¿POR QUÉ LOS LAGOS SE CONGELAN DESDE LA SUPERFICIE HACIA EL FONDO?
Aunque no lo creas este proceso tiene un gran valor ecológico. Por ejemplo, si consideramos los cambios de temperatura de un lago en un clima frío, a medida que la temperatura del agua cercana a la superficie disminuye, aumenta su densidad (máximo valor) hasta que la temperatura llega a 4ºC aprox. Cuando la temperatura desciende por debajo de este valor, la densidad del agua comienza a disminuir de modo que el agua no se va al fondo. El agua de la superficie con mayor enfriamiento comienza a congelar, el hielo formado no se hunde porque es menos denso que el líquido constituyéndose en un aislante térmico que favorece la vida debajo de él.
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¿CÓMO OCURRE EL PATINAJE SOBRE HIELO? Sabías que la presión ejercida por el patinador, en el hielo disminuye su punto de fusión, y la película de agua formada bajo las navajas de los patines actúa como lubricante entre éstos y el hielo lo que permite su fácil deslizamiento sobre el hielo. Explicado por el Equilibrio hielo-agua. La pendiente negativa de la curva sólido-líquido significa que el punto de fusión del hielo disminuye con el aumento en la presión externa.
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¿CÓMO SE PRODUCE EL COCIMIENTO DEL HUEVO EN LA CIMA DE UNA MONTAÑA?
Suponiendo que se encuentre en la cima del Pico Pike (colorado Estados Unidos) a una altura de 14 000 pies sobre el nivel del mar, a esta altitud la presión atmosférica es de 0,6 atm, así que para recuperar parte de las fuerzas usted decide hervir un huevo y ¡Oh…! Se da cuenta que el agua hierve a 86ºC, entonces usted procede a romper el cascarón y se da con la sorpresa de que aún no coció. ¿Qué sucede? Lo que en realidad cuece al huevo no es la acción de hervir, sino la cantidad de calor suministrada, la cantidad de calor generado es proporcional a la temperatura del agua y del tiempo que está a esa tempertura. Tal vez usted podría esperar 30 min. para cocer un huevo en ese lugar.
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