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CALOR Y TEMPERATURA En nuestra vida es muy común hablar de calor y de cambios de "estado", y como la lógica lo impone, es una necesidad el hacer mediciones de aquella forma de energía llamada energía calorífica, o simplemente calor. Saber en qué medida el calor determina el comportamiento térmico de los cuerpos es uno de los objetivos principales de este capítulo. Sin embargo, es necesario reconocer que ha sido muy arduo y prolongado el trabajo de los científicos para llegar a descubrir las leyes que permiten explicar todos estos fenómenos. ¿Qué es el calor? Hablar de calor es hablar de un tipo especial de energía que solo aparece o existe en tránsito; jamás se le puede aislar, dado que es una energía que se transmite de un cuerpo a otro debido a la diferencia de temperaturas que estos presentan. Así pues, concluimos que el calor es una energía no almacenable, y sólo existe mientras exista una diferencia de temperaturas. Propagación del calor a. Por conducción El calor puede viajar dentro de un cuerpo o de un cuerpo a otro en contacto con él por medio de la agitación de las moléculas, de una zona de alta temperatura hacia otra de baja temperatura. Esto se da principalmente en los sólidos, siendo los metales los que mejor lo conducen, y en orden decreciente: la plata, el cobre, el oro, el aluminio, etc. Entre los malos conductores de calor podemos citar: el aire, la lana, la madera, el agua, etc. b. Por convección Debido a que una elevación de temperatura disminuye la densidad, especialmente de líquidos y gases, entonces las masas calientes suben y las frías bajan, generándose un movimiento cíclico, que llamaremos convección. Este efecto se aprecia al hervir agua, y en la atmósfera es la causa de los vientos. c. Por radiación Por experiencia sabemos que al acercarnos a una fogata sentimos el calor que proviene del fuego; algo similar sucede con el calor que nos llega desde el sol cruzando el espacio vacío. Así, el calor puede viajar por radiación de ondas electromagnéticas y en el vacío. Se comprueba que los cuerpos mejores emisores de energía radiante son también los mejores absorbentes, y el mejor de ellos es el cuerpo negro. El mejor reflector es el blanco. a ) P o r C o n d u c c ió n

b ) P o r C o n v e c c ió n

c ) P o r R a d i a c ió n S o l

C a lo r

R a yo s s o la r e s A g u a

A g u a c a lie n t e (9 0 º C )

F u e g o T ie r ra


Unidad del calor → Calorías (cal)

Conceptos importantes - Temperatura Magnitud tensorial que mide básicamente el grado de agitación molecular de un cuerpo, con un instrumento denominado termómetro calibrado según escala: Celsius, Kelvin, Farenheit. No depende de la masa del cuerpo.

TB > T

A

B

A

- Energía Interna (U) Energía asociada básicamente al movimiento molecular (energía cinética) y por ésta razón es una función de la temperatura.

U

- Calor Es la transferencia de energía interna de un cuerpo a otro cuando se ponen en contacto estando previamente a diferentes temperaturas. Dicha transferencia se da del cuerpo “A”, de mayor temperatura hacia el cuerpo de menor temperatura “B”.

C a lo r TA > TB A

B


- Cantidad de Calor (Q) Representa la variación de energía interna que experimenta un cuerpo. Si aumenta "U" es porque ganó calor y si disminuye "U" pierde calor. ∆T

Q

Q = m .C e .∆ T

Q = C a lo r ía s = c a l

m : masa del cuerpo (gr) ΔT : variación de temperatura (ºC)  ΔT = TF - T0 Ce : Calor específico El calor específico es característica del material y por lo tanto lo diferencia uno de otro. Para variaciones pequeñas de temperatura se considera constante. • CeH2O = 1

CeHIELO = 0,5

Pero: m.Ce = C

C: Capacidad calorífica

Entonces queda: ® Q = C.T - Equilibrio Térmico Suponga que tuviésemos dos cuerpos con distinta temperatura, uno en contacto con el otro, podría comprobarse que el cuerpo más caliente se iría enfriando, mientras que el cuerpo más frío se iría calentando, después de cierto tiempo empleando el tacto se notaría que los dos cuerpos alcanzan una misma temperatura, esta situación final se denomina "Equilibrio térmico" Al poner en contacto o mezclar dos cuerpos se consigue al final una temperatura de equilibrio (Te) (40º < Te < 90º) T

T

1

= 90ºC

2

= 40ºC


Ley Cero: 1

T1 2 3

1

T2 →

2

T 3

T3

Equilibrio Térmico ®

∑Q = 0 Q1 + Q 2 + Q 3 = 0

® QGanado = QPerdido

Curiosidades

U n p á j a r o e r iz a s u s p lu m a s p a r a m a n t e n e r a ir e e n t r e e l la s , c o n lo c u a l e v it a la t r a n s fe r e n c ia d e c a lo r d e s u c u e r p o h a c ia e l a m b i e n t e .

U n cu e rp o o sc u ro a b so rb e m a y o r c a n t id a d d e r a d ia c ió n t é r m ic a q u e u n c u e r p o c la r o .

FÓRMULAS: Variación de temperatura:

ΔT = TF - TI


Cantidad de calor:

Q = Ce.m.DT

Capacidad calorífica:

C = m.Ce

Equilibrio térmico:

SQ = 0

Qganado = Qperdido UNIDADES QUÍMICAS

M AG N ITU D

U N ID AD ES

T

te m p e ra tu ra

g r a d o s c e ls iu s

°C

∆T

v a r ia c i ó n d e t e m p e r a t u r a

g r a d o s c e ls iu s

°C

m

m a sa

k il o g r a m o

Kg

Q

c a lo r

c a lo r ía

cal

C

c a p a c i d a d c a lo r í f ic a

c a l o r í a p o r g r a d o c e ls iu s

c a l/ ° C

Ce

c a l o r e s p e c í f ic o

c a l o r í a p o r g r a m o g r a d o c e l s iu s c a l / g r ° C

PRACTICA 1. ¿Cuánto calor será necesario proporcionar a un trozo de aluminio de 100 g para elevarle su temperatura desde los 10ºC hasta los 60ºC?. Considere que para el aluminio Ce = 0,3. a) 1000 cal d) 2000

b) 1100 e) 2500

c) 1500

2. ¿Cuánto calor será necesario proporcionar a un trozo de cobre de 500 g para elevar su temperatura desde los 20ºC hasta los 90ºC?. Considere que para el cobre Ce = 0,1.


a) 1000 cal d) 3500

b) 1500 e) 4000

c) 3000

3. ¿Cuánto calor será necesario proporcionar a un trozo de hierro de 50 g para elevarle su temperatura desde los 10ºC hasta los 110ºC?. Considere que para el hierro Ce = 0,12. a) 100 cal d) 400

b) 200 e) 800

c) 600

4. ¿Cuánto calor será necesario proporcionar a un trozo de aluminio de 100 g para elevarle su temperatura desde los 5ºC hasta los 80ºC?. Considere que para el aluminio Ce = 0,3. a) 2000 cal d) 2250

b) 2100 e) 2500

c) 2200

5. A cierto bloque de oro de 200 g que se encuentra a 10ºC se le calienta absorbiendo 120 calorías de calor. ¿Cuál será la temperatura de dicho bloque, luego de ser calentado?. Considere que para el oro Ce = 0,03. a) 10ºC d) 40

b) 20 e) 50

c) 30

6. A cierto bloque de aluminio de 25 g que se encuentra a 17ºC se le calienta absorbiendo 300 calorías de calor. ¿Cuál será la temperatura de dicho bloque, luego de ser calentado?. Considerar que para el aluminio Ce = 0,3. a) 52ºC d) 57

b) 54 e) 60

c) 55

7. A cierto bloque de oro de 200 g que se encuentra a 8ºC se le calienta absorbiendo 120 calorías de calor. ¿Cuál será la temperatura de dicho bloque, luego de ser calentado?. Considere que para el oro Ce = 0,03. a) 18ºC d) 26

b) 20 e) 28

c) 22

8. A cierto bloque de plata de 0,5 kg que se encuentra a 17ºC se le calienta absorbiendo 600 calorías de calor. ¿Cuál será la temperatura de dicho bloque, luego de ser calentado?. Considere que para la plata Ce = 0,06. a) 32ºC d) 40

b) 35 e) 42

c) 37


9. A un bloque de hierro se le hace absorber 120 calorías y experimenta un calentamiento de 50ºC. Averigüe cuál es la masa de dicho bloque, si para el hierro Ce = 0,06. a) 10 gr d) 40

b) 20 e) 50

c) 30

10. A un trozo de vidrio se le hace absorber 700 calorías y experimenta un calentamiento de 10ºC. Averigüe cuál es la masa de dicho trozo de vidrio, si para el vidrio Ce = 0,2. a) 100 gr d) 350

b) 150 e) 400

c) 300

11. A un cuerpo de 100 g y Ce = 0,5 se le entrega 400 calorías. ¿En cuánto elevará su temperatura? a) 2ºC d) 8

b) 4 e) 10

c) 6

12. ¿A qué temperatura terminará una pieza de 400 g de plomo que está a 20ºC y que se le entrega 1000 calorías de calor? (Ceplomo = 0,25) a) 10ºC d) 40

b) 20 e) N.A.

c) 30

13. Hallar el calor específico de un cuerpo que al ganar 200cal, aumentó su temperatura de 5ºC a 45ºC (masa del cuerpo: 4 g) a) 1,5 d) 1,25

b) 1,2 e) N.A.

c) 1,35

14. Hallar la masa de un bloque de plomo, si al ganar 200cal aumentó su temperatura de 60ºC a 100ºC (Ceplomo = 0,25) a) 10 g d) 40

b) 20 e) 50

c) 30

15. A cierto bloque de cierto metal (Ce=0,5) se le entregó 150 calorías y terminó a 40ºC. ¿A qué temperatura se encontraba inicialmente, si el bloque tiene 10 g de masa? a) 10ºC d) 35

b) 20 e) N.A.

c) 30


AUTOEVALUACIÓN

1. El calor es un tipo de __________________ y su unidad en el S.I. es _______________. 2. El calor existe, cuando _________________.

se

ponen

en

contacto

dos

o

más

cuerpos

a

3. Formas de propagación del calor: a) _________________________________ b) _________________________________ c) _________________________________ 4. La forma de propagación del calor que se da principalmente en los metales es: a) por conducción c) por radiación e) por inducción

b) por convección d) por contacto

5. Es un tipo de propagación que sucede especialmente en líquidos y gases y se genera un movimiento cíclico, llamado: a) Conducción c) radiación e) transferencia

b) convección d) inducción

6. Por ejemplo si nos acercamos a una fogata, sentimos el calor que proviene del fuego; esto sucede porque el calor viaja por ____________________ mediante ondas _______________. 7. La temperatura mide el grado de ______________________ molecular de un cuerpo. 8. La transferencia de calor, se da del cuerpo de _________________ temperatura, hacia el cuerpo de _____________ temperatura. 9. La cantidad de calor, que gana o pierde un cuerpo depende de: I. Masa (m) II. Calor específico (Ce) III. Temperatura (T) IV.Cambio de temperatura (DT) a) I y III d) I y II

b) II y IV e) I, II y IV

c) I, II y III


10.

Los calores específicos del agua líquida, sólida y gas, son:

a)

= _____________ cal/g°C hielo

b)

= _____________ cal/g°C vapor

c)

= _____________ cal/g°C

11. Se denomina equilibrio térmico, cuando dos cuerpos a ______________ temperaturas, puestos en contacto, alcanzan _________________ temperatura.

CAMBIO DE FASE Es aquel proceso que sufre una sustancia por lo cual cambia el estado en el que se encuentra (sólido, líquido, gaseoso); se produce siempre que la sustancia ha llegado a una temperatura determinada. En el caso del agua (a 0°C): F u s ió n

Q = 80.m

S ó lid o ( H ie lo )

L íq u id o S o lid i f i c a c ió n

- Fusión Cuando el hielo pasa a ser líquido (se derrite) aquí el agua absorve el calor (Q). - Solidificación Cuando el líquido pasa a ser sólido (se congela) aquí el agua libera calor (Q). - Vaporización Es aquel proceso en el que la sustancia pasa del estado líquido al estado gaseoso luego de haber llegado a una temperatura determinada. En este proceso la sustancia necesita absorver gran cantidad de calor. - Condensación


Es aquel proceso por el cual la sustancia pasa del estado gaseoso al estado líquido a una temperatura determinada. En este proceso la sustancia libera gran cantidad de calor. En el caso del agua (a 100°C):

Q = 540.m V a p o r iz a c ió n

G aseoso "V a p o r" L íq u id o C o n d e n s a c ió n

FÓRMULAS Calor latente: para el agua: fusión - solidificación

®

T = 0°C

Calor de cambio de fase (fusión) Þ

QF = 80.m

UNIDADES DE MEDIDAUNIDADES DE MEDIDA

M A G N ITU D

U N ID AD ES

Q

c a lo r

c a lo r ía

cal

m

m a sa

k ilo g r a m o

kg

LF

c a lo r la t e n t e d e fu s ió n

c a lo r ía p o r g r a m o

c a l/ g

LV

c a lo r la t e n t e d e v a p o r iz a c ió n

c a lo r ía p o r g r a m o

c a l/ g

T

te m p e ra tu ra

g ra d o c e ls iu s

°C


PRÁCTICA 1. Calcular la cantidad de calor necesaria para derretir 200 g de hielo a 0°C. a) 16000cal b) 8000 c) 4000 d) 1600 e) 80000 2. ¿Cuánto calor se necesita para derretir 48,5 g de hielo a 0°C? a) 388cal d) 485

b) 3880 e) 4850

c) 1900

3. Determinar cuántas calorías son necesarias para derretir 0,03 kg de hielo a 0°C. a) 1200cal b) 240 c) 2400 d) 120 e) 3600 4. ¿Cuánto calor será necesario entregarle a 50 g de hielo que está a -15°C, para que esté a punto de ser derretido? a) 3750cal d) 375

b) 7500 e) 1500

c) 750

5. Hallar el calor para que 20 g de hielo que están a -16°C estén a punto de fundirse. a) 1600cal d) 8000

b) 16000 e) 160

c) 80

6. ¿Qué cantidad de calor se necesita entregarle a 60 g de hielo a -15°C para fundirlo totalmente? a) 5250cal b) 525 c) 10500 d) 1050 e) 7500 7. Se tienen 20 g de hielo a -25°C, calcular la cantidad de calor necesario para derretirlo completamente. a) 185cal b) 1850 c) 3700 d) 370 e) 7400 8. ¿Cuánto calor se debe entregar a 160 g de hielo a -72°C para fundirlo totalmente? a) 1856cal b) 3600 c) 18560 d) 720 e) 7200 9. ¿Cuánto calor le habrá extraído la refrigeradora a 100 g de agua que está a 20°C al convertirla completamente en hielo? a) 4Kcal d) 10

b) 6 e) 12

c) 8

10.Se tienen 45 g de agua a 60°C, ¿cuánto calor habrá que extraerle para congelarla completamente? a) 63Kcal d) 18,9

b) 12,6 e) 6,3

c) 126


Calor y Temperatura  

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