Calor II: mezclas y cambios de fase

Presentación del tema: "Calor II: mezclas y cambios de fase"— Transcripción de la presentación:

1 Calor II: mezclas y cambios de fase
PPTCTC009TC32-A16V1 Clase Calor II: mezclas y cambios de fase

2 Resumen de la clase anterior
Se propaga por Puede ser CALOR Absorbido Liberado Es Energía en tránsito Sólidos Fluidos Vacío Mediante Conducción Mediante Convección Mediante Radiación Produciendo Aumento de temperatura Produciendo Disminución de temperatura Puede producir Se expresa mediante Puede producir Dilatación Escalas termométricas Contracción Fahrenheit Celsius Kelvin

3 Aprendizajes esperados
• Comprender la relación entre el calor absorbido y la variación de temperatura experimentada por un cuerpo, mediante los conceptos de capacidad calórica y calor específico. • Comprender el concepto de equilibrio térmico. • Comprender de manera cualitativa la ley de enfriamiento de Newton. • Reconocer las distintas fases de la materia, y las variables que influyen para producir el cambio de fase. • Aplicar el concepto de calor latente y las leyes del cambio de fase a situaciones sencillas de la vida cotidiana. • Aplicar los conceptos vistos a la solución de problemas.

4 La Física en acción… Por limitaciones técnicas, video disponible solo en la carpeta de clase.

5 Capacidad calórica y calor específico Equilibrio térmico
Ley de enfriamiento de Newton Principio calorimétrico de mezclas Cambios de fase Roce y calor Págs.: Cap. 6

6 Capacidad calórica y calor específico
Pág. 168 Cap. 6 1.1 Definición Capacidad calórica Es la cantidad de calor que un cuerpo debe absorber o ceder para elevar o disminuir, respectivamente, su temperatura en 1 [ºC]. La capacidad calórica se designa por C y es característica de cada cuerpo. Mientras mayor sea la capacidad calórica del cuerpo, más costará calentarlo o enfriarlo. Se calcula como: Sus unidades son: ¿Qué posee mayor capacidad calórica: el vaso con agua o la piscina con agua? La capacidad calórica de la piscina es mucho mayor que la del vaso con agua.

7 Capacidad calórica y calor específico
1.2 Definición Calor específico Se define como la capacidad calórica por unidad de masa. Es característica de cada material y se calcula como: Sus unidades son: ¿Qué posee mayor calor específico, el agua del vaso o el agua de la piscina? Ambas poseen el mismo calor específico, pues son el mismo material; agua. El calor específico del agua es: 1 [cal/g °C]

8 C Ejercicio Comprensión
Respecto del concepto de “calor específico”, se afirma que MTP es una propiedad de los cuerpos. su valor depende de la masa del cuerpo. es característica de cada material. Es (son) correcta(s) solo I. solo II. solo III. solo I y II. solo II y III. El calor específico corresponde al calor que se necesita entregar a un gramo de material para que eleve su temperatura en 1 [ºC]. C Comprensión Ejercicio 12 guía Calor II: mezclas y cambios de fase

9 Equilibrio térmico 2.1 Definición Cap. 6 Pág. 169
Al aislar dos cuerpos a distinta temperatura, fluirá calor desde el cuerpo más caliente (quien cederá calor, enfriándose) hacia el cuerpo más frío (quien absorberá calor, calentándose) hasta que sus temperaturas se igualen; cuando esto suceda, el sistema se encontrará en equilibrio térmico. Calor

10 3. Ley de enfriamiento de Newton
Pág. 171 Cap. 6 3.1 Definición Un cuerpo con una temperatura diferente a la del ambiente en el que se encuentra termina, irremediablemente, alcanzando la temperatura de su entorno. Ley de enfriamiento de Newton Si la diferencia entre la temperatura de un cuerpo y la del ambiente en el que se encuentra no es demasiado grande, la temperatura del cuerpo cambia a una velocidad que es proporcional a dicha diferencia.

11 3. Ley de enfriamiento de Newton
3.2 Gráfica de enfriamiento - calentamiento La ley de enfriamiento de Newton es una relación empírica y expresa que la cantidad de calor que fluye en la unidad de tiempo hacia el cuerpo, o desde él, es aproximadamente proporcional a la diferencia de temperatura entre el cuerpo y el ambiente. Fíjate en el siguiente gráfico. Curva de enfriamiento para un cuerpo que varía su temperatura siguiendo la ley de enfriamiento de Newton Curva de calentamiento para un cuerpo que varía su temperatura siguiendo la ley de enfriamiento de Newton A medida que transcurre el tiempo, la rapidez de enfriamiento del cuerpo disminuye, pues la diferencia de temperatura entre el cuerpo y el entorno es menor. Esta ley también es válida para el calentamiento de un cuerpo. Temperatura del ambiente

12 4. Principio calorimétrico de mezclas
Pág. 169 Cap. 6 4.1 Definición Al mezclar dos materiales a distinta temperatura en un sistema en donde el calor no pueda entrar ni escaparse hacia el exterior (sistema adiabático), todo el calor cedido por el material a mayor temperatura será completamente absorbido por aquel a menor temperatura. Material más frío. Material más caliente.

13 C Ejercicio Aplicación
13. Un recipiente de capacidad térmica despreciable contiene 100 [g] de agua a MC una temperatura de 20 [ºC]. Si al interior del mismo se vierten 200 [g] de agua a 80 [ºC], la temperatura final de la mezcla es 40 [ºC] 50 [ºC] 60 [ºC] 70 [ºC] 80 [ºC] Para calcular la temperatura final de una mezcla, recuerda que: C Aplicación Ejercicio 13 guía Calor II: mezclas y cambios de fase

14 5. Cambios de fase Pág. 175 Cap. 6 5.1 Fases de la materia

15 5. Cambios de fase 5.1 Fases de la materia Evaporación Condensación
Ebullición Fusión Sublimación Solidificación

16 5. Cambios de fase Pág. 177 Cap. 6 5.2 Leyes del cambio de fase – Calor latente de cambio de fase A una determinada presión atmosférica, los cuerpos solo pueden cambiar de fase a una temperatura bien definida llamada “temperatura crítica” o “punto crítico”; en el caso del hielo, la temperatura a la cual logrará fundirse, es decir, su punto crítico de fusión, es 0 [ºC]. Estando en su punto crítico, para que cada gramo de material pueda cambiar de fase se le debe ceder o extraer una cantidad de calor Q por unidad de masa m, llamada calor latente de cambio de fase “L”. El calor latente de cambio de fase se expresa como: Durante un cambio de fase la temperatura del material permanece constante. En el caso del hielo, al fundirse (a 0 ºC), el agua que se obtiene está a 0 [ºC] ya que, durante todo el proceso de fusión, la temperatura se mantiene constante. El calor latente absorbido o liberado por un cuerpo para cambiar de fase será el mismo que requiera liberar o absorber, respectivamente, para revertir dicho cambio.

17 6. Roce y calor 6.1 Definición Cap. 6 Pág. 186
Cada vez que frotamos dos superficies entre sí se produce fricción o roce entre ellas, disipándose calor. Esto se debe a que interactúan entre sí los electrones de cada una de las superficies en contacto, produciendo interacciones de tipo electromagnético. La energía así disipada se manifiesta en forma de calor.

18 B Ejercicio Aplicación
10. Un trozo de azufre de 200 [g] se encuentra a una temperatura de 119 [ºC]. MC Si se le suministran 650 [cal] y el punto de fusión del azufre es 119 [ºC], ¿cuál es la cantidad de masa que se logra fundir? (Considere que el azufre posee un calor latente de fusión de ). A) [g] B) [g] C) [g] D) 100 [g] E) 200 [g] En un cambio de fase, la expresión que relaciona el calor absorbido (o cedido) por el material y la masa que cambia de fase es: Recuerda que el “punto crítico” es la temperatura a la cual un material puede cambiar de fase. B Aplicación Ejercicio 10 guía Calor II: mezclas y cambios de fase

19 C Ejercicio Comprensión
Bajo determinadas condiciones, y en el interior de un recipiente herméticamente MC cerrado, se aplica calor a un cuerpo que se encuentra en estado sólido logrando que sublime, es decir, que pase al estado gaseoso sin pasar por el estado líquido. Entre las características del estado gaseoso está que el material puede fluir libremente, ocupando completamente el volumen que lo contiene. Respecto de esta situación, ¿cuál de las siguientes alternativas es correcta? A) La cantidad de partículas del material aumentó después de experimentar sublimación. La cantidad de partículas del material disminuyó después de experimentar C) La distancia entre las partículas del material aumentó después de la D) La distancia entre las partículas del material disminuyó después de la E) Las partículas del material cambiaron sus características químicas después de la sublimación. Para responder este tipo de preguntas, debes fijarte muy bien en todos los datos que se entregan en el cuerpo del ejercicio y buscar aquellos que te permiten descartar o validar cada alternativa propuesta. C Comprensión Ejercicio 5 guía Calor II: mezclas y cambios de fase

20 E Pregunta oficial PSU Aplicación
En la figura se representan dos cuerpos, P y R, del mismo material y de igual masa, que inicialmente estaban a diferente temperatura. Luego se pusieron en contacto térmico entre sí, en un sistema aislado S. La temperatura inicial de P era 50 ºC. Si ambos cuerpos alcanzaron el equilibrio térmico a 20 ºC, es correcto afirmar que I) R disminuyó su temperatura en 30 ºC. II) R inicialmente tenía una temperatura de –10 ºC. III) R aumentó su temperatura en 30 ºC. A) Solo I B) Solo II C) Solo III D) Solo I y II E) Solo II y III Para calcular la temperatura final de una mezcla, recuerda que: E Aplicación Recuerda que al aislar dos cuerpos a distinta temperatura, fluirá calor desde el cuerpo más caliente hacia el cuerpo más frío hasta que sus temperaturas se igualen. Fuente : DEMRE - U. DE CHILE, proceso de admisión 2014, módulo común.

21 Tabla de corrección Ítem Alternativa Unidad temática Habilidad 1 B
Calor Comprensión 2 E 3 D 4 C 5 6 7 Aplicación 8 A 9 10

22 Tabla de corrección Ítem Alternativa Unidad temática Habilidad 11 C
Calor Comprensión 12 13 Aplicación 14 A 15 16 17 18 D 19 B ASE 20

23 Síntesis de la clase Qabsorbido + Qcedido = 0 MATERIALES
Si absorben calor y… Si ceden calor y… se mantiene su temperatura se mantiene su temperatura Están experimentando aumenta su temperatura disminuye su temperatura Están experimentando Cambio de fase Qabsorbido + Qcedido = 0 En una mezcla alcanzan el Equilibrio térmico Y se cumple que Cambio de fase Que puede ser Que puede ser Sublimación Fusión Vaporización Sublimación inversa Solidificación Condensación

24 Prepara tu próxima clase
En la próxima sesión realizaremos el Taller II

25 Equipo Editorial Área Ciencias: Física
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