Calor y Temperatura

Capitulo 10

La historia

• Las primeras ideas para explicar el calor

– El calor es un fluido que pasa de las sustancias mas calientes hacia las mas frías.

• A ese fluido le llamaron calórico.

– Si hay mucho calórico la materia se expandirá, si hay poco se contrae.

– Si un solido se combina con el fluido calórico se hace liquido, si se añade calórico al liquido éste se hace gas.

– El fluido calórico se mantiene constante en cualquier cambio.

– El fluido calórico es invisible

Benjamín Thompson

• Notó, en una fabrica de bronce, que cuando éste material se taladraba, salían virutas tan calientes que calentaban el agua donde caían. – Al frotarse las manos se

genera calor.

• Así que, algún tipo de movimiento en la materia producía el calor, lo cual contradecía el cuarto principio de la teoría del calórico.

• Los nuevos principios

– Toda la materia tiene calor

– El calor es el producto del movimiento de las partículas que componen la materia

– El calor es energía que se mueve desde los objetos mas calientes (mayor temperatura) hacia los menos calientes (fríos)

– Cuando aplicamos calor a la materia, se producen cambios.

– La materia tiene la capacidad de absorber y liberar calor

FORMAS DE TRANSFERIR ENERGÍA TÉRMICA

Conducción

• La energía es transferida por contacto directo entre dos superficies

• A los materiales que transfieren el calor eficientemente de un lugar a otro se les llama conductores (como los metales)

• A los materiales que NO lo hacen se les llama aisladores (ej. goma, plástico, tela, madera, fiber glass, etc.)

Radiación

• La energía es transferida por ondas electromagnéticas (rayos x, ultravioletas, infrarrojos, etc.)

• El calor en la atmosfera de la tierra no es liberado por completo, sino que parte de el es retenido por una capa de CO2 ,manteniendo a la atmosfera cálida, a esto se le conoce como el efecto de invernadero

Convección

• La energía es transmitida en el movimiento de líquidos y gases que están a distintas temperaturas

• Los fluidos calientes tienden a subir y los mas fríos a bajar, en su movimiento van liberando o absorbiendo calor

¿Qué es la temperatura?

• Es una medida de la energía cinética promedio que tienen las partículas que componen la materia.

A mayor energía cinética haya entre las partículas mayor será la temperatura.

Al total de energía que posea los átomos de la materia (potencial y cinética) se le conoce como energía interna o energía térmica.

• Para saber cuan caliente o frio esta un material necesitamos un punto de referencia para comparar temperaturas.

– Nuestro marco de referencia por excelencia a sido nuestro cuerpo, cuya temperatura es de 37˚ C, 98.6˚ F o 310 K

¿Cómo se mide la temperatura?

• Usando el termómetro.

– Las partículas chocan contra el metal del termómetro.

– Las partículas del metal comienzan a moverse mas rápido.

– Las partículas del metal chocan contra las partículas del liquido del interior del instrumento.

– El liquido se expande y sube.

– Cuando el choque de todas las partículas estén equilibradas el liquido deja de ascender.

Escalas de temperatura

• Fahrenheit (Daniel Gabriel Fahrenheit)

• Celsius (Anders Celsius)

• Kelvin (William Thompson aka Lord Kelvin)

El cero absoluto

• Equivalente a -459° F , -273° C y 0 k

• Es la temperatura mas baja posible, teóricamente las partículas se detienen.

• Si deseas cambiar cualquier temperatura que esta expresada en grados Celsius, simplemente súmale 273.

• Ejemplo

– 37° C = 310 K, ¿Por qué?

• 37 + 273 = 310

Calor especifico

• Se refiere a la cantidad de calor que debes añadir para que una muestra de 1Kg de una sustancia aumente su temperatura 1°C.

• Ejemplo:

– El calor especifico de Cobre es 384 J/Kg.°C, eso quiere decir que si tengo 1 kilogramo de cobre y su temperatura es de 20°C y quiero que suba a 21°C debo aplicarle 384 J de calor.

Tabla de calor especifico

Expansión o dilatación térmica

• La materia tiende a expandirse cuando su temperatura aumenta.

• Y se contrae cuando pierde calor o “se enfría”

Tipos de dilataciones

• Lineal: solo a lo largo

• Superficial: a lo largo y a lo ancho

• Cubica: a lo largo, ancho y alto.

– En los líquidos y gases, la dilatación es cubica (por volumen)

• Nota:

– Las expansiones y contracciones también producen cambios de estado.

Diferenciemos

• Energía térmica

– Las sumas de las energías potencial y cinética del movimiento interno de las partículas.

• Temperatura

– Mide la cantidad de energía cinética promedio que tienen las partículas de la materia.

• Calor

– La energía que se transfiere entre dos objetos con distintas temperaturas

Calculando calor liberado o absorbido

• Ecuación a utilizar:

– Calor= masa x cambio en temperatura x calor especifico

– Q= m x Δt x Cp

• Ejemplo:

– ¿Cuanto calor absorbe 2.5 Kg de agua cuando su temperatura cambia de 25˚C hasta 37˚C ? Cp Agua= 4186 J/Kg.˚C

Practica: calcular calor

• ¿Cuánto calor es liberado por 1.3 Kg de aluminio cuando éste se enfría desde una temperatura de 14˚C hasta 3˚C? Cp de Al= 0.900 J/Kg.˚C

Conversiones de Temperatura

• Celsius a Fahrenheit

– (C x 1.8) + 32

• Fahrenheit a Celsius

– (F -32) x 0.56

• Celsius a Kelvin

– C + 273.15

• Kelvin a Celsius

– K – 273.15