Calor y cantidad de calor
¿Qué es
calor?
La física entiende el calor como
la energía que se traspasa El calor se define como
la transferencia de energía térmica que se da entre
diferentes cuerpos o diferentes zonas de un mismo cuerpo que se
encuentran a distintas temperaturas, sin embargo en termodinámica
generalmente el término calor significa transferencia de energía.
El calor es una manifestación de la energía provocada por el movimiento
molecular. Al calentarse un cuerpo, aumenta la energía cinética de las moléculas,
produciéndose choques más o menos violentos, según la cantidad de calor
entregada.
La intensidad de calor está relacionada con la velocidad del movimiento
molecular estableciéndose para medirla una práctica que da una idea del grado o nivel del
calor que tiene un cuerpo determinado. Arbitrariamente se fijan parámetros
comparativos que permiten determinar dicho nivel de calor, al que se denomina temperatura.
Se dice que un cuerpo con gran velocidad molecular tiene más
Unidades para medir el Calor
•
Como ya mencionamos el Calor es una forma de energía llamada energía
Calorífica. Por lo tanto, las Unidades para medir el calor son las mismas del
trabajo mecanico y de la energía:
•
Sistema Internacional de Unidades (SI):
Joule: Newton metro: NM : J
•
Caloría: Es la cantidad de calor aplicado a un gramo de agua para elevar su
temperatura 1°C.
•
Kilocaloría: En un múltiplo de la caloría y equivale a:
•
1KCAL = 1000 cal.
•
Aun se usa mucho el sistema ingles a pesar de los inconvenientes que
presenta. Por ello, es necesario describir a la unidad de calor usada por el
sistema ingles que es el BTU (por sus siglas en ingles: British termal Unit).
• BTU: Es la cantidad de calor aplicada a una libra
de agua (454 g) para que eleve su temperatura un grado Fahrenheit:
• 1 BTU =
252cal = 0.252 kcal
• La
equivalencia entre joules y calorías, es la siguiente:
1 JOULE = 0.24cal
1 caloría = 4.2 J
• Formula de calor
• Q= Ce*m
(Tf-Ti)
Ce= Q/m(Tf-Ti)
Tf=Ti+Q/Ce.m
Ti= Tf-Q/Ce.m
Ce= Calor especifico
Q= calor
Ti= Temperatura inicial
Tf= Temperatura final
Ce= Q/m(Tf-Ti)
Tf=Ti+Q/Ce.m
Ti= Tf-Q/Ce.m
Ce= Calor especifico
Q= calor
Ti= Temperatura inicial
Tf= Temperatura final
•
• unidades
•
Ce=
cal/gºc
Q= Cal
m= Kg
Ti= ºC
Tf= ºC
Q= Cal
m= Kg
Ti= ºC
Tf= ºC
• PROBLEMAS
• ¿ Que
cantidad de calor se debe aplicar a una barra de plata de 12 kg para que eleve
su temperatura de 22°C a 90°C ?
• 600 g de
hierro se encuentra en una temperatura de 20°C
¿Cuál será su temperatura final si le suministran 8000 calorías?
PROCESOS TERMODINAMICOS
QUE ES UN PROCESO TERMODINAMICO
se denomina proceso
termodinámico a la evolución de determinadas magnitudes (o
propiedades) propiamente termodinámicas relativas
a un determinado sistema
termodinámico. Desde el punto de vista de la termodinámica, estas
transformaciones deben transcurrir desde un estado de equilibrio inicial
a otro final; es decir, que las magnitudes que sufren una variación al pasar de
un estado a otro deben estar perfectamente definidas en dichos estados inicial
y final.
QUE SON LOS
PROCESOS TERMODINAMICOS (ISO)
Son los procesos cuyas magnitudes
permanecen "constantes", es decir que el sistema cambia manteniendo
cierta proporcionalidad en su transformación. Se les asigna el prefijo iso-.
TRANSFERENCIA DE CALOR:
QUE ES UN PROCESO TERMODINAMICO
se denomina proceso
termodinámico a la evolución de determinadas magnitudes (o
propiedades) propiamente termodinámicas relativas
a un determinado sistema
termodinámico. Desde el punto de vista de la termodinámica, estas
transformaciones deben transcurrir desde un estado de equilibrio inicial
a otro final; es decir, que las magnitudes que sufren una variación al pasar de
un estado a otro deben estar perfectamente definidas en dichos estados inicial
y final.
QUE SON LOS
PROCESOS TERMODINAMICOS (ISO)
Son los procesos cuyas magnitudes
permanecen "constantes", es decir que el sistema cambia manteniendo
cierta proporcionalidad en su transformación. Se les asigna el prefijo iso-.
TRANSFERENCIA DE
CALOR:
La transferencia de
calor es el paso de energía térmica desde un cuerpo de
mayor temperatura a otro de menor
temperatura
CAMBIO DE
ESTADO Y
EQUILIBRIO
TÉRMICO
CAMBIO DE
ESTADO
Es la
evolución de la materia entre varios estados de
agregación sin que ocurra un cambio en su composición. Los tres estados
más estudiados y comunes en la Tierra son el sólido,
el líquido y el gaseoso; no obstante, el estado de agregación
más común en el Universo es el plasma, material del que están
compuestas las estrellas (si se descarta la materia oscura).
CAMBIOS DE
ESTADO DE
AGREGACIÓN
DE LA MATERIA
Son los
procesos en los que un estado de la materia cambia a otro manteniendo una
semejanza en su composición. A continuación se describen los diferentes cambios
de estado o transformaciones de fase de la materia:
FUSIÓN
Es el paso
de un sólido al estado líquido por medio del calor;
durante este proceso endotérmico (proceso que absorbe energía para llevarse a
cabo este cambio) hay un punto en que la temperatura permanece
constante. El "punto de fusión" es la temperatura a la cual el sólido
se funde, por lo que su valor es particular para cada sustancia. Dichas
moléculas se moverán en una forma independiente, transformándose en un líquido.
Un ejemplo podría ser un hielo derritiéndose, pues pasa de estado sólido al
líquido.
SOLIDIFICACIÓN
Es el paso de un líquido
a sólido por medio del enfriamiento; el proceso es exotérmico
(cualquier reacción química que desprenda energía, ya sea como
luz o calor). El "punto de solidificación" o de
congelación es la temperatura a la cual el líquido se solidifica y permanece
constante durante el cambio, y coincide con el punto de fusión si se realiza de
forma lenta (reversible); su valor es también específico.
VAPORIZACIÓN Y
EBULLICIÓN
Son los procesos
físicos en los que un líquido pasa a estado gaseoso. Si se
realiza cuando la temperatura de la totalidad del líquido iguala al punto
de ebullición del líquido a esa presión continuar calentándose el líquido,
éste absorbe el calor, pero sin aumentar la temperatura: el calor se emplea en
la conversión del agua en estado líquido en agua en estado gaseoso, hasta que
la totalidad de la masa pasa al estado gaseoso. En ese momento es posible
aumentar la temperatura del gas.
CONDENSACIÓN:
Se
denomina condensación al cambio de estado de la materia que se pasa
de forma gaseosa a forma líquida. Es el proceso inverso a
la vaporización. Si se produce un paso de estado gaseoso a estado sólido
de manera directa, el proceso es llamado sublimación inversa. Si se produce un
paso del estado líquido a sólido se denomina solidificación
SUBLIMACIÓN:
Es el proceso que consiste en
el cambio de estado de la materia sólida al estado gaseoso sin pasar por
el estado líquido. Al proceso inverso se le
denomina Sublimación inversa; es decir, el paso directo del estado
gaseoso al estado sólido. Un ejemplo clásico de sustancia capaz de sublimarse
es el hielo seco.
Deionización: Es el
cambio de un plasma a gas.
Ionización: Es el
cambio de un gas a un plasma.
Es importante hacer notar que en
todas las transformaciones de fase de las sustancias, éstas no se transforman
en otras sustancias, solo cambia su estado físico. Las diferentes
transformaciones de fase de la materia en este caso las del agua son necesarias
y provechosas para la vida y el sustento del hombre cuando se desarrollan
normalmente.
Los cambios de estado están
divididos generalmente en dos tipos: progresivos y regresivos.
u
Cambios progresivos: Vaporización,
fusión y sublimación progresiva.
u
Cambios regresivos: Condensación, solidificación
y sublimación regresiva
u
Una vez que las temperaturas se
equiparan se suspende el flujo de calor, llegando ambos cuerpos al mencionado
equilibrio término.
El de equilibrio térmico es un concepto que forma parte de la termodinámica, la rama de la física que se ocupa de describir los estados de equilibrio a un nivel macroscópico.
En física, el nivel macroscópico es el nivel de descripción en que la posición o estado físico concreto de las partículas que integran un cuerpo puede ser resumido en una ecuación de estado que sólo incluye magnitudes extensivas (volumen, longitud, masa) y magnitudes intensivas promedio (presión, temperatura).
El de equilibrio térmico es un concepto que forma parte de la termodinámica, la rama de la física que se ocupa de describir los estados de equilibrio a un nivel macroscópico.
En física, el nivel macroscópico es el nivel de descripción en que la posición o estado físico concreto de las partículas que integran un cuerpo puede ser resumido en una ecuación de estado que sólo incluye magnitudes extensivas (volumen, longitud, masa) y magnitudes intensivas promedio (presión, temperatura).
El concepto de equilibrio térmico
es la base de la llamada Ley Cero de la Termodinámica. Esta ley
proposición fue enunciada por R. H. Fowler en 1931. La ley cero de la
termodinámica se enuncia diciendo:
La experiencia indica que si dos
sistemas A y B se encuentran, cada uno por separado, en equilibrio térmico con
un tercer sistema, que llamaremos C, entonces A y B se encuentran en equilibrio
térmico entre sí.
 |
||
 |
||
Cuando dos sistemas se encuentran
en contacto mecánico directo, o en su defecto, separados mediante una superficie
que facilita la transferencia de calor, superficie diatérmica, se dirá que
ambos están en contacto térmico. Mientras tanto, al cabo de un tiempo, aunque
los dos sistemas que se hallan en contacto térmico se encuentren dispuestos de
tal manera que no puedan mezclarse o aunque estén colocados en el interior de
un espacio en el cual es imposible que intercambien calor con el exterior,
indefectiblemente, alcanzarán el estado de equilibrio térmico.
Para poder conocer la temperatura
que presenta un cuerpo o sustancia se emplea el dispositivo del termómetro.
Cuando el termómetro entra en contacto térmico con el cuerpo en cuestión ambos
alcanzarán el equilibrio térmico y entonces al encontrase en la misma
temperatura, sabremos que la temperatura que nos indicará el termómetro en su
índice será la temperatura del cuerpo que nos ocupa.
La energía interna se define como
la energía asociada con el movimiento aleatorio y desordenado de las moléculas.
Está en una escala separada de la energía macroscópica ordenada, que se asocia
con los objetos en movimiento.
ENERGÍA INTERNA
• Tipos de
energía interna
• la energía cinética interna, es decir, de las
sumas de las energías cinéticas de las individualidades que lo forman respecto
al centro de masas del sistema,
• la energía potencial interna, que es la energía
potencial asociada a las interacciones entre estas individualidades.
|
Maquinas Térmicas
Una
maquina térmica es un conjunto de elementos mecánicos que permite intercambiar
energía, generalmente a través de un eje, mediante la variación de energía de
un fluido que varía su densidad significativamente al atravesar la máquina. Se
trata de una máquina de fluido en la que varía el volumen específico del fluido
en tal magnitud que los efectos mecánicos y los efectos térmicos son
interdependientes.
Clasificación
Según
el sentido de transferencia de energía
Las
máquinas térmicas pueden clasificarse, según el sentido de transferencia de
energía, en:
• Máquinas térmicas motoras, en las cuales la energía del
fluido disminuye al atravesar la máquina, obteniéndose energía mecánica en el
eje.
• Máquinas térmicas generadoras, en las cuales la energía
del fluido aumenta al atravesar la máquina, precisándose energía mecánica en el
eje.
Según
el principio de funcionamiento
Atendiendo
al principio de funcionamiento, las máquinas térmicas se clasifican en:
• Máquinas volumétricas o máquinas de desplazamiento
positivo, cuyo funcionamiento está basado en principios mecánicos e
hidrostáticos, de manera que el fluido en algún instante está contenido en un
volumen limitado por los elementos de la máquina. En este tipo de máquinas el
flujo es pulsa torio. Se dividen a su vez en dos tipos según el movimiento del
órgano propulsor: alternativas, cuyo movimiento es rectilíneo; y rotativas,
cuyo movimiento es circular.
• Turbo máquinas, cuyo funcionamiento está basado en el
intercambio de cantidad de movimiento entre el fluido y un rodete. En estas
máquinas el flujo es continuo.
Teniendo
en cuenta lo anterior, podemos clasificar las máquinas térmicas tal como se
recoge en el cuadro siguiente.
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El
equilibrio térmico es aquel
estado en el cual se igualan las temperaturas de dos cuerpos, las cuales, en
sus condiciones iniciales presentaban diferentes temperaturas.
