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Física
UTP FIMAAS
Curso Física General.
Sesión Nº 19 Calor y Temperatura.

Profesor Carlos Alvarado de la Portilla
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Bibliografía.

• Física Universitaria Sears, Zemansky, Young,
  Freedman XI Edición.
• Física General Carel W., Daniel Schaum

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Objetivos Conocer y definir los conceptos de
calor, temperatura, principio cero de la
termodinámica, equilibrio térmico, transmisión de
calor y formas, cambios de estado, calor
sensible, calor latente de fusión y vaporización,
calor específico, temperatura de equilibrio,
poder calorífico solución de problemas de calor.

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Calor y Temperatura

• 1.- Calor
• El calor es una forma de energía asociada al
  movimiento de los átomos , moléculas, y otras
  partículas que forman La materia.
• El calor se puede generar
• Por reacciones químicas
• Por reacciones nucleares
• Disipación electromagnética
• Disipación mecánica

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• El concepto de calor esta ligado al Principio
  cero de la termodinámica, según el cual dos
  cuerpos en contacto intercambian energía hasta
  que su termperatura se equilibre.

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• 2.- Principio cero de la termodinámica
• Si un sistema A esta en equilibrio termico con
  un sistema B y este sistema B esta en equilibrio
  térmico con otro sistema C entonces los sistemas
  A y C estan en equilibrio termico.

A
B
C
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• 3.- Temperatura
• Es la propiedad física común que comparten
  los cuerpos que estan en equilibrio térmico en un
  sistema.
• La unidad de medida de la temoeratura en el
  Sistema Internacional de Unidades es el grado
  Celsius C y en el sistema absoluto es el grado
  Kelvin K o simplemente K.
• K C 273.15

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• Celsius.
• Anders Celsius (17011744) fue un astrónomo suizo
  que inventó la escala centígrada en 1742. Celsius
  escogió el punto de fusión del hielo y el punto
  de ebullición del agua como sus dos temperaturas
  de referencia para dar con un método simple y
  consistente de un termómetro de calibración.
• Celsius dividió la diferencia en la temperatura
  entre el punto de congelamiento y de ebullición
  del agua en 100 grados (de ahí el nombre centi,
  que quiere decir cien, y grado).

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• La escala absoluta para medir la temperatura es
  comúnmente llamada Kelvin (K). Lord William
  Kelvin (18241907) fue un físico Escosés que
  inventó la escala en 1854. La escala Kelvin está
  basada en la idea del cero absoluto, la
  temperatura teórica en la que todo el movimiento
  molecular se para y no se puede detectar ninguna
  energía. En teoría, el punto cero de la escala
  Kelvin es la temperatura más baja que existe en
  el universo -273.15ºC. La escala Kelvin usa la
  misma unidad de división que la escala Celsius.
  Sin embargo vuelve a colocar el punto cero en el
  cero absoluto -273.15ºC.

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• Es así que el punto de congelamiento del agua es
  273.15 Kelvins (las graduaciones son llamadas
  Kelvins en la escala y no usa ni el término grado
  ni el símbolo º) y 373.15 K es el punto de
  ebullición del agua. La escala Kelvin, como la
  escala Celsius, es una unidad de medida estandard
  del SI, usada comúnmente en las medidas
  científicas. Puesto que no hay números negativos
  en la escala Kelvin (porque teóricamente nada
  puede ser más frío que el cero absoluto), es muy
  conveniente usar la escala Kelvin en la
  investigación científica cuando se mide
  temperatura extremadamente baja.

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• 4.- Termómetros
• Es el instrumento que se usa para medir la
  temperatura de una sustancia o de un sistema que
  se encuentra en equilibrio térmico

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Turbo Aquí se medirá una temperatura media de
escape, ya que se mezclan los gases de escape de
todos los cilindros.
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• 5.-Escalas de Temperatura
• Las escalas de temperatura estan referidas a
  los ambios de estado del agua.

K C 273.15
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6.- CAMBIOS DE ESTADO
GAS
Sublimación inversa
LIQUIDO
SOLIDO
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• 7.- Transmisión del calor.
• El calor se puede transmitir de la siguientes
  formas
• Por conducción en los sólidos las moléculas
  transmiten la energía a las vecinas y así
  sucesivamente.
• Por convección en los fluidos se crean
  corrientes de convección por el movimiento de las
  capas calientes de las moléculas hacia arriba y
  así sucesivamente
• Por radiación en el vacío.

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FORMAS DE TRANSMISION DEL CALOR
En sólidos
En el vacío
En fluidos
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8.- Experimento de Joule.Equivalente mecánico
del calo.
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Observamos que por efecto de la caida del bloque
se mueven las aspas que estan dentro del
calorímetro. El rozamiento de las aspas en
movimiento dentro del agua, hace elevar la
temperatura inicial. Se deja caer el bloque una
altura h y se apunta la temperatura T final
del agua calentada.
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ES EL EQUIVALENTE MECANICO DEL CALOR
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Cambios de estado del agua
540 cal
80 cal
100 cal
vapor
vaporización
agua
fusión
Sube temperatura
hielo
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• Calor específico sustancia Ce
• Es la cantidad de calor necesaria para elevar
  la temperatura de un gramo de la sustancia, en
  un grado centígrado.
• Las unidades del calor específico son
• cal /g C ó Kcal
  /Kg C

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• Calor sensible Q.
• Es el calor ganado o perdido por un cuerpo,
  siempre que no experimente ningún cambio de
  estado.
• Q m Ce ?T
• donde
• Q es el calor aportado al sistema.
• m es la masa del sistema.
• Ce es el calor específico del sistema.
• ?T es el incremento de temperatura que
• experimenta el sistema

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Calor específico del agua en sus diferentes
estados.

• Ce agua 1 cal / g C
• Ce hielo 0.5 cal / g C
• Ce vapor 0.48 cal / g C

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• Calor latente.
• Es el calor que ganado o perdido por una
  sustancia al experimentar un cambio de estado.
• Calor latente de fusión de un sólido CLF
• Es la cantidad de calor necesaria para pasar
  al estado líquido a la unidad de masa del cuerpo
  en cuestión sin que varíe su temperatura.
• CLF del hielo 80 cal / g ( a 0C y 1 atm)

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• Calor latente de vaporización de un líquido CLV
• Es la cantidad de calor necesaria para pasar
  al estado de vapor a la unidad de masa del cuerpo
  en cuestión sin que varíe su temperatura.
• CLv del agua 540 cal / g (a 100C y 1
  atm)
• OBSERVACIÓN
• La cantidad de calor necesaria total para que
  una sustancia de masa m cambie de estado, será
• Q cambio estado m CL
• Donde m es la masa de la sustancia
• CL es el calor latente de la
  sustancia

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Calor latente ( al dar o quitar calor solo
hay cambio de estado)
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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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Problemas.

• Problema 1.-
• Calcular la temperatura final de las siguientes
  mezclas
• 20 Kg de agua a 70 ºC
• 5 Kg de agua a 10 ºC
• b) 7 Kg de hierro a 120ºC
• 10 litros de agua a 15 ºC

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Problemas.
Problema 2.- Un calorímetro de 300 g y Ce 0.08
cal/g ºC contiene 50g de agua a la temperatura de
20 ºC. Luego una pieza de metal de 100 g es
extraída de un horno a 140 ºC y colocada dentro
del calorímetro. Cuál será la temperatura final
de equilibrio si el calor específico del metal es
0.37 cal/g ºC?