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TERMOLOGÍA: ESTUDIO DEL CALORIng. Nelson Velásquez

CalorEs energía en tránsito.

Cuando un cuerpo recibe calor aumenta su energía interna.

Cuando un cuerpo pierde calor disminuye su energía interna.

Energía internaEs la sumatoria de las energías

cinética y potencial de las moléculas de un cuerpo.

Entre mayor es el movimiento de vibración, giro o desplazamiento de las moléculas, mayor es la energía interna.

Consecuencias de la Energía InternaEl aumento de energía interna lleva en

primer término a la dilatación o expansión de los cuerpos.

En segundo término, al cambio de estado físico.

Sólido → Líquido → Gas → PlasmaAumento de la Energía interna →

Energía Interna

Energía Interna

PROPAGACIÓN DEL CALOR

Contacto térmicoEs la situación entre dos cuerpos que permite que se transfieran calor.

Equilibrio térmicoEs la situación entre dos cuerpos en contacto térmico en la que no hay intercambio neto de calor.

TemperaturaEs la medida de la energía interna y se basa habitualmente en el contacto térmico y la dilatación de los cuerpos.

Propagación del CalorEs la forma en que el calor pasa de un cuerpo a otro.

Formas de propagación del calor

Conducción

Radiación

Convección

Conducción

El calor se propaga a través de un medio sólido

Aplicaciones de la propagación del calor

Conducción

Materiales conductoresHornillas y parrillasOllas y sartenesPapel aluminioResistenciasFierro para marcarCautín para soldar estaño

Materiales aislantesRopa, abrigos, frazadasEquipo protectorMangos de ollas y sartenesHieleras y termosCapa aislante de las paredesCapa de grasa subcutánea de

mamíferos acuáticos

ConvecciónEl calor se propaga a través de un medio fluido (líquido o gas).El fluido se mueve o fluye de la fuente de calor a las porciones frías.

Aplicaciones de la propagación del calor

Convección

Ocurrencia y predicción del Clima

Ventanas en los edificios

Calefacción

Globos aerostáticos de aire caliente

Invernaderos (convección retenida)

Ventiladores (convección forzada)

Sistemas de enfriamiento (convección forzada)

Producción del campo magnético terrestre

RADIACIÓNEl calor se propaga en el vacío o sin necesidad de un medio.El calor se propaga por ondas electromagnéticas (principalmente radiación infrarroja). Todo cuerpo con temperatura arriba de cero kelvin emite radiación infrarroja.

Aplicaciones de la propagación del calor

Radiación

Luz Solar

Bombillas incandescentes

Colores de la ropa según la estación

Termómetro de oído

Termografías y visión nocturna

Frasco de Dewar

Protección reflejante de los artefactos espaciales

Invernaderos (retención de radiación infrarroja)

Efecto invernadero por contaminación

Escalas para medir TemperaturasSe estudiarán las más conocidas en orden de su aparición:Fahrenheit, Celsius y Kelvin.

Escala FahrenheitFue propuesta en 1,709 por Daniel Gabriel

Fahrenheit, físico empírico alemán, radicado en Ámsterdam (Holanda) cuando ésta era la capital europea de los instrumentos científicos de precisión.

Se dedicó a soplador vidrios (hacía vasos). Pero también fabricó termómetros que funcionaban con agua y con mercurio.

Calibró su escala con los siguientes puntos:Una mezcla de hielo + cloruro de amonio: 0° FLa temperatura del cuerpo humano: 96 °F

Esta escala es muy utilizada en EE.UU., Gran Bretaña y otros países de influencia anglosajona.

Escala CelsiusFue propuesta en 1,742 por Anders Celsius, físico y

astrónomo sueco.Su idea era simplificar la escala de Fahrenheit

sustituyéndola por otra basada en 100 grados en su calibración, por lo que en un principio se le llamó “centígrada”. Otro aporte es que utilizaba el agua como sustancia de referencia en la calibración.

Calibró su escala con los siguientes puntos:Punto de congelación del agua/fusión del hielo: 0° CPunto de ebullición del agua/condensación del vapor: 100 °C

Esta escala es muy utilizada en la mayoría de países, sobretodo en los que utilizan medidas del sistema métrico decimal.

Escala KelvinFue propuesta en 1,709 por William Thomson, físico y

matemático inglés, quien destacó por sus importantes trabajos en el campo de la termodinámica y la electrónica gracias a sus profundos conocimientos de análisis matemático, entre otros, por el descubrimiento y cálculo del cero absoluto, temperatura mínima alcanzable por la materia en la cual las partículas de una sustancia quedan inertes y sin movimiento. El cero absoluto se encuentra en los -273,15° Celsius, que se convirtió en el cero de su escala. Un grado kelvin es igual a un grado Celsius.

Construyó termómetros de gas y su descubrimiento lo realizó calculando los coeficientes de dilatación de distintos gases.

Esta escala es utilizada el sistema internacional de unidades y en el mundo científico.

TERMODINÁMICAEs la parte de la física que estudia la transformación de calor en trabajo y viceversa.

Se rige por 4 Leyes que inciden no sólo en los fenómenos térmicos sino en el funcionamiento del universo entero y tienen grandes implicaciones para el ser humano.

1ra. Ley de la TermodinámicaLa energía no se crea ni se destruye sólo se transforma (o se transfiere).

Un cambio en la energía interna de un sistema se cuantifica por el calor y el trabajo transferidos al mismo.

1ra. Ley de la TermodinámicaLa existencia de un cuerpo implica el contenido de energía en él. Pero, además, implica una energía adicional para abrirse un espacio qué ocupar.

La sumatoria de ambas energías mínimas esenciales se llama Entalpía.

2da. Ley de la TermodinámicaLa energía fluye espontáneamente desde

los cuerpos de mayor temperatura hacia los de menor temperatura.

Ninguna transferencia o transformación de energía es 100% eficiente, siempre se produce un residuo no utilizable en forma de energía térmica (entropía).

2da. Ley de la TermodinámicaEs más eficiente convertir trabajo en calor que calor en trabajo, debido a la entropía.

La entropía del universo aumenta en todos los procesos naturales y lleva lenta pero progresivamente al desorden (o a un orden no deseado).

2da. Ley de la TermodinámicaLos procesos naturales y artificiales son irreversibles, en los referente a la economía de la energía, debido a la entropía.

3ra. Ley de la TermodinámicaPuede establecerse un mínimo para la energía interna, pero no un máximo.

La entropía para un sistema a cero kelvin es cero o el mínimo posible.

Ley Cero de la TermodinámicaLa transferencia neta de energía entre dos cuerpos a la misma temperatura y en contacto, es cero.