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Diapositiva 1

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CALOR * Calor espec fico de los gases En el caso de los gases, ha de distinguirse entre calor espec fico a volumen constante (cv) y a presi n constante (cp). – PowerPoint PPT presentation

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Title: Diapositiva 1


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CALOR
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Conceptos Generales
  • CALOR QUÉ ES EL CALOR?
  • La palabra calor es un término muy común en
    nuestro lenguaje cotidiano. A diario escuchamos
    frases comohace mucho calor, está caliente,
    etc. Pero qué es el calor?
  • Es una forma de energía, que generalmente se
    asocia con la energía transferida entre distintos
    sistemas en el lenguaje cotidiano, cuando
    ponemos un cuerpo frente a una fuente de calor
    (una cocina, estufa, etc.) decimos que le
    aplicamos calor al cuerpo.

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(No Transcript)
4
  • Se llama calor a la energía que pasa de un cuerpo
    a otro, modificándose la Energía Interna de
    ambos. Para que haya transferencia de calor son
    precisos dos cuerpos a diferente temperatura o
    que uno ejerza un trabajo de rozamiento sobre el
    otro.
  • El calor es la energía que tiene un objeto debida
    al movimiento de sus átomos y moléculas que están
    constantemente vibrando, moviéndose y chocando
    unas con otras. Cuando añadimos energía a un
    objeto, sus átomos y moléculas se mueven más
    deprisa, incrementando su energía de movimiento o
    calor. Incluso los objetos más fríos poseen algo
    de calor porque sus átomos se están moviendo.
  • La materia está compuesta de átomos y moléculas
    (que son grupos de átomos) y la energía hace que
    los átomos y las moléculas estén en constante
    movimiento - rotando alrededor de si mismas,
    vibrando o chocándose unas con otras.
  • El movimiento de los átomos y moléculas crea una
    forma de energía llamada calor o energía térmica,
    que está presente en todo tipo de materia.
    Incluso en los vacios más frío de espacio hay
    materia que posee calor, muy pequeño pero
    medible.

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  • Pero de dónde proviene esta energía?
  • en realidad, el calor es una forma de
    movimiento que lleva energía asociada. Y las
    partículas en movimiento de las que estamos
    hablando son los átomos y moléculas que componen
    todos los objetos que nos rodean, por ejemplo, 
    animales, aire, plantas, estrellas y hasta
    nosotros mismos. 
  • Un ejemplo claro es el agua. A bajas
    temperaturas, el movimiento de las moléculas del
    agua, es decir su agitación térmica, es muy bajo,
    apenas vibran y se mantienen inmovilizadas en un
    sólido el hielo.
  • Al aumentar la temperatura, la agitación térmica
    comienza a aumentar y las moléculas van
    adquiriendo más energía y comienzan a alejarse un
    poco entre sí aumentando su movimiento, lo que
    obtenemos es un líquido el agua líquida.

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(No Transcript)
7
  • La energía puede presentarse de muy diferentes
    formas y pude cambiar de una a otra. Muchos tipos
    de energía pueden convertirse en calor. La
    energía electromagnética (luz), la electrostática
    (o eléctrica), la mecánica, la química, la
    nuclear, el sonido y la térmica, pueden calentar
    una sustancia haciendo que se incremente la
    velocidad de sus moléculas.
  • Si ponemos energía en un sistema éste se
    calienta, si quitamos energía se enfría. Por
    ejemplo, si estamos fríos podríamos ponernos a
    saltar para entrar en calor.
  • Estos son algunos algunos ejemplos de los
    diferentes tipos de energía que pueden
    convertirse en energía térmica (calor).

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La energía mecánica se convierte en energía
térmica siempre que botamos una pelota. Cada vez
que la pelota rebota en el suelo parte de la
energía de su movimiento (energía cinética) se
convierte en calor, haciendo que la pelota cada
vez rebote menos. A continuación un ejemplo
Imagen térmica infrarroja de una pelota de tenis
antes (izquierda) y después (derecha) de ser
golpeada por la raqueta.
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  • QUE ES CALORÍA?
  • Es la cantidad necesaria de CALOR para subir la
    temperatura de 1 gramo de agua en 1ºC (de 14,5º a
    15,5ºC, a presión atmosférica). La kilocaloría
    (símbolo Kcal) es igual a 1000 cal. Una caloría
    es equivalente a 4,1868 J.
  • Una vez demostrado que el calor es una forma de
    energía se halló su equivalencia con otras
    unidades que surgieron del estudio de la energía
    mecánica.

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  • El calor específico de una sustancia o
    sistema termodinámico es una magnitud física que
    se define como la cantidad de calor que hay que
    suministrar a la unidad de masa del sistema
    considerado para elevar su temperatura en una
    unidad (kelvin o grado Celsius) a partir de una
    temperatura dada en general, el valor del calor
    específico depende de dicha temperatura inicial.
    Se la representa con la letra (minúscula).
  • En forma análoga, se define la capacidad
    calorífica de una sustancia o sistema
    termodinámico como la cantidad de calor que hay
    que suministrarle para elevar su temperatura en
    una unidad kelvin o grado Celsius) a partir de
    una temperatura dada. Se la representa con la
    letra (mayúscula).
  • Obviamente, el calor específico es la capacidad
    calorífica específica, esto es c C / m

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(No Transcript)
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(No Transcript)
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(No Transcript)
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(No Transcript)
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Cómo se propaga el calor?
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Conducción
  • Entregamos o quitamos CALOR poniendo en contacto
    dos o más elementos.

Algunos ejemplos?
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Convección
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Radiación
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(No Transcript)
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(No Transcript)
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(No Transcript)
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Que es la Termodinámica?
  • La termodinámica es una parte de la física que
    estudia las relaciones existentes entre los
    fenómenos dinámicos y los caloríficos.
  • Trata de la transformación de la energía mecánica
    en calor y del calor en trabajo. También describe
    y relaciona las propiedades físicas de sistemas
    macroscópicos de materia y energía.
  • La termodinámica estudia los sistemas que se
    encuentran en equilibrio. Esto significa que las
    propiedades del sistema típicamente la presión,
    la temperatura, el volumen y la masa son
    constantes.
  • Un concepto esencial de la termodinámica es el de
    sistema macroscópico, que se define como un
    conjunto de materia que se puede aislar
    espacialmente y que coexiste con un entorno
    infinito e imperturbable. El estado de un sistema
    macroscópico en equilibrio puede describirse
    mediante propiedades medibles como la
    temperatura, la presión o el volumen, que se
    conocen como variables termodinámicas. Es posible
    identificar y relacionar entre sí muchas otras
    variables (como la densidad, el calor específico,
    la compresibilidad o el coeficiente de expansión
    térmica), con lo que se obtiene una descripción
    más completade un sistema y de su relación con
    el entorno.
  • Cuando un sistema macroscópico pasa de un estado
    de equilibrio a otro, se dice que tiene lugar un
    proceso termodinámico.

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Calorimetría. Capacidad calorífica y calor
específico
  • En un sentido amplio, la calorimetría se
    desarrolló históricamente como una técnica
    destinada a fabricar aparatos y procedimientos
    que permitieran medir la cantidad de calor
    desprendida o absorbida en una reacción mecánica,
    eléctrica, química o de otra índole. Esta
    disciplina, encuadrada dentro de la
    termodinámica, se ha especializado sobre todo,
    con el paso del tiempo, en la determinación del
    calor específico de los cuerpos y los sistemas
    físicos.

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CAPACIDAD CALORÍFICA
  • La capacidad calorífica de un cuerpo es razón
    de la cantidad de energía calorífica transferida
    a un cuerpo en un proceso cualquiera por su
    cambio de temperatura correspondiente, es decir,
    es la energía necesaria para aumentar 1 K su
    temperatura, (usando el S.I.). Indica la mayor o
    menor dificultad que presenta dicho cuerpo para
    experimentar cambios de temperatura bajo el
    suministro de calor.

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  • Para medirla bajo unas determinadas condiciones
    es necesario comparar el calor absorbido por una
    sustancia (o un sistema) con el incremento de
    temperatura resultante. La capacidad calorífica
    viene dada por

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  • Donde
  • C es la capacidad calorífica, que en general será
    función de las variables de estado.
  • Q es el calor absorbido por el sistema
  • es la variación de la temperatura.
  • Se mide en unidades del S.I.
  • joules/K (o también el cal/C)

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Ejemplo
  • Rumford, taladrando tubos de metal para construir
    cañones, se dio cuenta de que cuanto más roma
    estaba la broca más calor se desprendía.

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  • La capacidad calorífica es un valor
    característico de los cuerpos, y está relacionado
    con otra magnitud fundamental de la calorimetría,
    el calor específico.

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  • Si el calor estuviera retenido en l cuerpo
    impregnándolo saldría más cuanto más se
    desmenuzara la materia en virutas pero no era
    así, era justo al revés. (Benjamín Thomson
    Conde Rumford).
  • El calor se generaba al rozar la broca con el
    metal! La energía cinética de la broca se
    transformaba en calor!

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Calor Especifico
  • El valor de la capacidad calorífica por unidad de
    masa se conoce como calor específico. En términos
    matemáticos, esta relación se expresa como
  • donde c es el calor específico del cuerpo, m su
    masa, C la capacidad calorífica, Q el calor
    aportado y DT el incremento de temperatura. El
    calor específico es característico para cada
    sustancia y, en el Sistema Internacional, se mide
    en julios por kilogramo y kelvin (J/(kgK)). A
    título de ejemplo, el calor específico del agua
    es igual a
  • Del estudio del calor específico del agua se
    obtuvo, históricamente, el valor del equivalente
    mecánico del calor, ya que

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Calorimetrìa
  • La determinación del calor específico de los
    cuerpos constituye uno de los fines primordiales
    de la calorimetría.
  • El procedimiento más habitual para medir calores
    específicos consiste en sumergir una cantidad del
    cuerpo sometido a medición en un baño de agua de
    temperatura conocida. Suponiendo que el sistema
    está aislado, cuando se alcance el equilibrio
    térmico se cumplirá que el calor cedido por el
    cuerpo será igual al absorbido por el agua, o a
    la inversa.

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(No Transcript)
33
  • Como la energía calorífica cedida ha de ser igual
    a la absorbida, se cumple que
  • siendo m la masa del cuerpo sumergido, c su calor
    específico, T la temperatura inicial del cuerpo,
    ma la masa de agua, ca el calor específico del
    agua, Ta la temperatura inicial del agua y Tf la
    temperatura final de equilibrio. Todos los
    valores de la anterior expresión son conocidos,
    excepto el calor específico del cuerpo, que puede
    por tanto deducirse y calcularse de la misma.

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Calor específico de los gases
  • En el caso de los gases, ha de distinguirse entre
    calor específico a volumen constante (cv) y a
    presión constante (cp). Por el primer principio
    de la termodinámica, y dado que el calentamiento
    de un gas a volumen constante no produce trabajo,
    se tiene que

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  • En el caso particular de gases diluidos, la
    vinculación entre el calor específico a presión y
    a volumen constante sigue la llamada relación de
    J. R. Mayer (1814-1878)
  • siendo Nm el número de moles por unidad de masa y
    R la constante universal de los gases perfectos.

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Tabla de calores específicos
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Poder calorífico
  • Se llama poder calorífico al calor que se libera
    en el proceso de combustión de un cuerpo, llamado
    combustible. El poder calorífico se mide como la
    cantidad de calorías o kilocalorías que se
    desprenden en la combustión de 1 kg de masa del
    material combustible.

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Tabla de poderes caloríficos
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  • Como la energía calorífica cedida ha de ser igual
    a la absorbida, se cumple que
  • siendo m la masa del cuerpo sumergido, c su calor
    específico, T la temperatura inicial del cuerpo,
    ma la masa de agua, ca el calor específico del
    agua, Ta la temperatura inicial del agua y Tf la
    temperatura final de equilibrio. Todos los
    valores de la anterior expresión son conocidos,
    excepto el calor específico del cuerpo, que puede
    por tanto deducirse y calcularse de la misma

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  • El calor es por lo tanto una forma de energía.
    Es la energía calorífica. Un inglés llamado
    J.P. Joule halló su equivalencia con las unidades
    de trabajo. La energía puede presentarse puede
    presentarse de muy diferentes formas y puede
    cambiar de una forma a otra.

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APLICACIÓN EN PREVENCIÓN
  • En esta oportunidad ejemplificaremos la
    utilidad de la capacidad calorífica en
    trabajadores que laboran en frigoríficos, ya que
    al estar expuestos a temperaturas bajo 0 C deben
    usar trajes térmicos especialmente diseñados con
    la finalidad de guardar y mantener el calor, ya
    que de no tener estos implementos ciertamente
    estos trabajadores se verían expuestos a
    hipotermia.

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  • Tema Capacidad Calorífica

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La capacidad calorífica de un cuerpo es razón de
la cantidad de energía calorífica transferida a
un cuerpo en un proceso cualquiera por su cambio
de temperatura correspondiente. En una forma
menos formal es la energía necesaria para
aumentar 1 K su temperatura, (usando el SI).
Indica la mayor o menor dificultad que presenta
dicho cuerpo para experimentar cambios de
temperatura bajo el suministro de calor.

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Puede interpretarse como una medida de inercia
térmica. Es una propiedad extensiva, ya que su
magnitud depende de la cantidad de material en el
objeto por ejemplo La capacidad calorífica del
agua de una piscina olímpica será mayor que la de
una cucharadita. Al ser una propiedad
extensiva, la capacidad calorífica es
característica de un objeto en particular, y
además depende de la temperatura y posiblemente
de la presión.
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La capacidad calorífica no debe ser confundida
con la capacidad calorífica específica o calor
específico el cual es la propiedad intensiva que
se refiere a la capacidad de un cuerpo para
almacenar calor, y es la razón de la capacidad
calorífica entre la masa del objeto. El calor
específico es una propiedad característica de las
sustancias y depende de las mismas variables que
la capacidad calorífica.
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Medida de la Capacidad Calorífica
Para medir la capacidad calorífica bajo unas
determinadas condiciones es necesario comparar el
calor absorbido por una sustancia (o un sistema)
con el incremento de temperatura resultante. La
capacidad calorífica viene dada por Donde C
es la capacidad calorífica, que en general será
función de las variables de estado. Q es el
calor absorbido por el sistema. ?T la variación
de temperatura. Se mide en unidades del SI
joules/K (o también el cal/ºC).
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La capacidad calorífica (C) de un sistema físico
depende de la cantidad de sustancia o masa de
dicho sistema. Para un sistema formado por una
sola sustancia homogénea se define además el
calor específico o capacidad calorífica
específica c a partir de la relación Donde c
es el calor específico o capacidad calorífica
específica. m la masa de sustancia considerada.
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Planteamiento formal de capacidad calorífica
Sea S un sistema termodinámico en el estado B.
Se define la capacidad calorífica Cc asociada a
un proceso cuasi estático elemental c que parte
de B y finaliza en el estado B' como el límite
del cociente entre el calor Q absorbido por S y
el incremento de temperatura ?T cuando el estado
B' tiente al inicial B. La capacidad calorífica
es, de este modo, una variable termodinámica y
está perfectamente definida en cada estado de
equilibrio de S.
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  • Cambio de estado de un sistema debido a Calor y
    Trabajo
  • Los cambios de estado en un sistema son
    producidos por interacciones con el entorno o
    medio a través del calor y del trabajo, que son
    dos distintos modos de la transferencia de
    energía.

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  • Calor
  • El calor es una forma de transferencia de
    energía debido a la diferencia de temperatura. El
    calor, al igual que el trabajo, se considera en
    termodinámica como energía en tránsito para
    separa a un sistema de su entorno.
  • 1. La transferencia de calor puede alterar el
    estado del sistema
  • 2. Los cuerpos no contienen'' calor el calor
    es energía en transito y se identifica mientras
    ésta pasa a través de los límites del sistema
  • 3. La cantidad de calor necesaria para ir de un
    estado a otro es dependiente de la trayectoria
  • 4. Los procesos adibáticos son aquellos en los
    que no se transfiere calor.

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Leyes de la Termodinámica
  • Las leyes o principios de la termodinámica,
    descubiertos en el siglo XIX a través de
    meticulosos experimentos, que determinanla
    naturaleza y los límites de todos los procesos
    termodinámicos.
  • Los principios de la termodinámica tienen una
    importancia fundamental para todas las ramas de
    la ciencia y la ingeniería, y son

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Ley cero de la Termodinámica
  • Cuando dos sistemas están en equilibrio mutuo,
    comparten una determinada propiedad. Esta
    propiedad puede medirse, y se le puede asignar un
    valor numérico definido. Una consecuencia de ese
    hecho es el principio cero de la termodinámica,
    que afirma que si dos sistemas distintos están en
    equilibrio termodinámico con un tercero, también
    tienen que estar en equilibrio entre sí.
  • Esta propiedad compartida en el equilibrio es la
    temperatura.Si uno de estos sistemas se pone en
    contacto con un entorno infinito situado a una
    determinada temperatura, el sistema acabará
    alcanzando el equilibrio termodinámico con su
    entorno, es decir, llegará a tener la misma
    temperatura que éste.

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Primera Ley de la Termodinámica
  • También conocida como principio de la
    conservación de la energía, establece que si se
    realiza trabajo sobre un sistema, la energía
    interna del sistema variará. La diferencia entre
    la energía interna del sistema y la cantidad de
    energía es denominada calor. Fue propuesto por
    Antoine Lavoisier.
  • En otras palabras La energía no se crea ni se
    destruye sólo se transforma.
  • La ecuación general de la conservación de la
    energía es la siguiente
  • E entra -
    Esale ?E sistema

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Segunda Ley de la Termodinámica
  • La cantidad de entropía de cualquier sistema
    aislado térmicamente tiende a incrementarse con
    el tiempo. Más sencillamente, cuando una parte de
    un sistema cerrado interacciona con otra parte,
    la energía tiende a dividirse por igual, hasta
    que el sistema alcanza un equilibrio térmico.
  • El segundo principio impone una condición
    adicional a los procesos termodinámicos. No basta
    con que se conserve la energía y cumplan así el
    primer principio. Una máquina que realizara
    trabajo violando el segundo principio se
    denomina, móvil perpetuo de segunda especie, ya
    que podría obtener energía continuamente de un
    entorno frío para realizar trabajo en un entorno
    calientesin costo alguno. A veces, el segundo
    principio se formula como una afirmación que
    descarta la existencia de un móvil perpetuo de
    segunda especie.

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Tercera Ley de la Termodinámica
  • El tercer principio de la termodinámica afirma
    que el cero absoluto no puede alcanzarse por
    ningún procedimientoque consta de un número
    finito de pasos. Es posible acercarse
    indefinidamente al cero absoluto, pero nunca se
    puede llegar a él.
  • Es importante recordar que los principios o leyes
    de la Termodinámica son sólo generalizaciones
    estadísticas, válidas siempre para los sistemas
    macroscópicos, pero inaplicables a nivel
    cuántico. Maxwell ejemplifica cómo puede
    concebirse un sistema cuántico que rompa las
    leyes de la Termodinámica.
  • Asimismo, cabe destacar que el primer principio,
    el de conservación de la energía, es la más
    sólida y universal de las leyes de la naturaleza
    descubiertas hasta ahora por la ciencia.

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Aplicaciones de la Termodinámica
  • En la construcción de edificaciones, en especial
    de las estructuras metálicas se tiene que tomar
    en cuenta sus propiedades al dilatarse o
    contraerse con los cambios de temperatura del
    ambiente.
  • En el estudio de los cambios de fase de las
    diferentes sustancias.
  • En la construcción de máquinas térmicas, por
    ejemplo motores que funcionan con combustible,
    refrigeradoras

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Aplicación como medio de transporte para mejoras
del medio ambiente a través de globo de aire.
Todos sabemos que el aire caliente es más
ligero que el aire frío y que este último es más
pesado. Para hacernos una idea, decimos que un
metro cúbico de aire pesa unos 28 gramos, si lo
calentamos con un quemador a 100 grados
Fahrenheit este aire pesará 7 gramos menos. Por
esa razón cada pie cúbico de aire puede llevar 7
gramos. Esta cantidad no es mucho y por esa razón
los globos tienen proporciones tan grandes ya que
deben generar el volumen en pies necesarios para
levantar el peso de la tripulación y pasajeros.
Para levantar 1.000 libras necesitaremos 65.000
pies cúbicos de aire caliente. El globo se
llena en primer lugar con aire frío y a
continuación ese mismo aire se aumenta de
temperatura con la ayuda de un quemador.
Un  globo de aire caliente utiliza la propiedad
de que el  aire caliente a la presión atmosférica
es menos denso que el  aire  más frío a la misma
presión. La fuerza de empuje es la diferencia
entre el  peso del aire caliente y el de un
volumen igual al del aire  más frío que lo rodea.
Si el volumen del globo es 500 m3 y el aire
 que lo rodea esta a 0 ºC, cuál ha de ser la
temperatura del aire en  el globo para elevar una
masa total de 200 Kg?. Maire 28,8 g/mol.
(Rta 396,25 ºK)
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