EL CALOR

Y LA

TEMPERATURA - Teoría

Prof.- Juan Sanmartín

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4º Curso de E.S.O.

INTERCAMBIO DEL CALOR COMO FORMA DE

TRANSFERENCIA DE ENERGÍA

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Pese a que los cambios que pueden producirse en los sistemas son muy variados, el modo

en que los sistemas intercambian energía solo se produce de dos formas: mediante el

calor y el trabajo.

Mediante el calor. El Intercambio térmico se produce, entre dos sistemas que se encuentren

en desequilibrio térmico; esto es a diferente temperatura. Pasa del de mayor temperatura a

menor. Dos sistemas a igual temperatura se encuentran en equilibrio térmico.

Mediante trabajo. El intercambio mecánico se da cuando las fuerzas actúan sobre los

cuerpos y se desplazan, deforman o modifican de algún modo su movimiento. Es el tipo de

intercambio energético que se produce en las máquinas: un coche, una grúa, una lavadora.

El calor y el trabajo son dos magnitudes físicas. Al ser formas de transferencia de energía, el

calor y el trabajo se miden en las mismas unidades que la energía: en julios (j) o kilojulios (.1Kj

= 1000 j). En el caso del calor también se utiliza calorías (1 caloría= 4,18 J)

EFECTOS DE LA TRANSFERENCIA DE ENERGÍA TÉRMICA

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Si ponemos en contacto dos cuerpos con diferente temperatura, el que posee más

energía térmica la cede al otro en forma de calor, hasta que se igualan las temperaturas.

Entonces la energías de los dos cuerpos también son iguales y se ha alcanzado el

equilibrio térmico.

donde T1 > T2 T = T

El aporte o perdida de calor de un cuerpo produce cambios en su energía interna y por

tanto, de su temperatura. Este aumento o disminución de la energía térmica, produce

cambios de estado, dilataciones y contracciones, transformaciones químicas, etc…

La dilatación y la contracción de los cuerpos se producen porque, al aumentar o

disminuir su energía interna, las moléculas se agitan más o menos. Entonces las

distancias entre ellas varían y también los espacios en los que se agitan. Si se agitan

más se produce un aumento de tamaño del cuerpo (dilatación) y si se agitan menos una

disminución (contracción).

T1 T2 T T

CALOR, TEMPERATURA Y EQUILIBRIO TÉRMICO

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Calor y temperatura son conceptos diferente.

El calor es energía en movimiento, es decir energía térmica transferida de un sistema que está a mayor temperatura, a otro que está a menor.

La temperatura es la magnitud física que mide la cantidad de energía térmica que tiene un cuerpo o un sistema.

Las moléculas que forman todos los cuerpos están siempre en movimiento. La temperatura nos informa del grado de agitación de las partículas de un cuerpo y equivale al valor promedio de la energía de todas sus partículas.

La unidad de temperatura en el S.I. es el grado Kelvin (K) de la escala absoluta. Pero la escala que se utiliza normalmente es la escala Centígrada, en la que la unidad es el grado centígrado (ºC) es la temperatura de fusión del hielo; y el valor de 100ºC, es la temperatura de ebullición del agua.

DISTINCIÓN ENTRE CALOR Y TEMPERATURA. LOS TERMOMETROS

El calor como hemos estudiado el calor es el transito de energía entre dos sistemas en

desequilibrio térmico. El de mayor temperatura cede energía al otro. Por tanto, el calor es

energía en transito y se mide en julios.

La temperatura no es energía; expresa el estado de agitación molecular de un cuerpo y se

mide en kelvin, o en grados centígrados.

El calor y la temperatura son dos magnitudes distintas.

Escalas termométricas:

Escala centígrada toma como puntos de referencia las temperaturas de fusión y

ebullición. Del agua a una atmósfera de presión y se les asigna valores de 0 a 100.

Escala Fahrenheit: Hace corresponder los mismos puntos con 32º F y 212º F. La

escala se divide en 180 partes iguales.

Escala Kelvin. No es una escala arbitraria; su cero se sitúa en el punto de la

temperatura mínima posible, donde los átomos y las moléculas estarían en reposo. Este

punto se corresponde aproximadamente con – 273 ºC. La unidad de temperatura en el

S.I. es el Kelvin (K)

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ESCALAS TERMOMÉTRICAS

Temperaturas (Unidades)

ºC ºF K

-273ºC -459,4ºF 0 K

100 u

nid

ades

100 u

nid

ades

180 u

nid

ades

0ºC 32ºF 273 K

373 K100ºC 212ºFEn el gráfico vemos las tres escalas de

temperatura.

La ESCALA CENTÍGRADA toma como

referencia las temperaturas de fusión y

evaporación del agua en Condiciones

normales y les asigna 0ºC a la de fusión

y 100ºC a la de evaporación. Entre ellas

existirán 100 unidades.

La ESCALA FARENHEIT asigna a los

anteriores valores 32ºF y 212ºF

respectivamente y por lo tanto

tendremos 180 unidades entre ambas

temperaturas.

La ESCALA ABSOLUTA O KELVIN esta

basada en los problemas de valores

negativos en las ecuaciones de gases y

por lo tanto se busco el 0 absoluto

manteniendo la escala de la

CENTIGRADA que coincide con los -

273ºC de esta.

Transformaciones

KC º De Grados Centígrados a Kelvin se pasa añadiendo a los G.

Centígrados 273 unidades.

¡OJO! GRADOS CENTÍGRADOS, GRADOS FARENHEIT

Y KELVIN, NO GRADOS KELVIN.

273º CK

Ejemplo

KCK

KC

KCK

KC

139273º134

º134

276273º23

º23

73ºC273200KºC

ºC200K

137ºC273410KºC

ºC410K

Transformaciones

FC ºº La transformación se complica al tener diferente escala. Tenemos

que aplicar las siguientes formulas:

180

32º100º

FC

Ejemplo

12,2ºC

180

3254100

180

32ºF100ºC

ºC54ºF

29,2ºF32100

1803432

100

180ºCºF

ºF34ºC

77ºF32100

1802532

100

180ºCºF

ºF25ºC

32100

180ºCºF

Transformaciones

KF ºEn este caso tenemos que pasar por Grados

Centígrados para la tranformación.

180

32º100º

FC

Ejemplo

ºF32100

18032

100

180ºCºFCkC

CK

KCKºC180

32100

180

32ºF100ºC

KF

ºF32100

18032

100

180ºCºFCkC

ºFk

7725

º25273298º

º298

6,248273º4,244,2412

º12

6,8027

º27273300º

300

32100

180ºCºF

273º CK

CALOR ESPECÍFICO

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No todas las sustancias absorben o desprenden, en igualdad de masa, las mismas

cantidades de calor. Dependen de su naturaleza química, es decir, del tipo de partícula

que la compone y de cómo se encuentran unidas. Así, para elevar 1 kelvin la temperatura

de un kilogramo de hierro se necesitan 458 Julios, mientras que 1 kilogramo de alcohol

requiere de 2450 Julios (estas cantidades se desprenden cuando la temperatura

disminuye 1 kelvin). En base a esta propiedad característica de cada sustancia, definimos

el calor específico Ce.

Definimos Calor Específico de una sustancia como la cantidad de Energía (Q) que hay

que proporcionar a 1 kg. de esta para elevar su temperatura 1 kelvin. Esto se expresa de

la siguiente manera

Siendo la variación de temperatura, la temperatura final (o de equilibrio) de la sustancia

menos la inicial

Tm

QCC eespecifico

sustancia

inicialfinal TTT

CALORES ESPECÍFICOS

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Sustancia Calor específico

Agua (líquida) 4180

Hielo (Agua sólida) 2090

Vapor de agua 2090

Alcohol 2450

Aluminio 899

Hierro 452

Cobre 385

Mercurio 138

Plata 234

Plomo 130

Oro 130

TABLA DE CALORES ESPECÍFICOS

DE DIFERENTES SUSTANCIAS. Las

unidades son:

KelvinKilogramo

Julios

KKg

J

CALOR ESPECÍFICO / ENERGÍA CALORÍFICA

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Por lo tanto, la energía (Q) necesaria para elevar una masa (m) de una sustancia cuyo calor

específico es Ce , del una temperatura inicial (Tinicial o T0) hasta una temperatura final o de

equilibrio (Tf ), viene dada por la siguiente expresión.

inicialfinalesustancia TTCmQsustancia

De lo que podemos deducir que:

Si Tf > T0 entonces Q > 0, el calor es absorbido por la sustancia que está a menor

temperatura y esta se eleva.

Si Tf < T0 entonces Q < 0, el calor es cedido por la sustancia que está a mayor temperatura

y esta se reduce.

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Q Si Tf > T0 entonces Q > 0, el

calor es absorbido por la

sustancia que está a menor

temperatura y esta se eleva.

Es, por ejemplo, el caso de los

alimentos en un horno que

aumentan su temperatura al

recibir el calor de este.

Si Tf < T0 entonces Q < 0, el calor

es cedido por la sustancia que está

a mayor temperatura y esta se

reduce. Es, por ejemplo, el caso de

los alimentos en la nevera que

disminuyen su temperatura al recibir

el calor de este.

Fin

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