TEMPERATURA-CALOR-TERMODINAMICA

Presentación del tema: "TEMPERATURA-CALOR-TERMODINAMICA"— Transcripción de la presentación:

1 TEMPERATURA-CALOR-TERMODINAMICA
Lic. GIOVANNA MILAGROS HUAMÁN YANAYACO

2 TEMPERATURA La temperatura mide el grado de agitación molecular de los cuerpos. Es una propiedad intensiva. El termómetro es un aparato que permite medir la temperatura por medio de su propiedad termométrica o variable macroscópica que es sensible al estado térmico de la sustancia. Se tiene ESCALAS RELATIVAS y ESCALAS ABSOLUTAS.

3 ESCALAS RELATIVAS: 1.- Grados Celsius (℃): Para establecer una base de medida de la temperatura Anders Celsius utilizó (en 1742) los puntos de fusión y ebullición del agua. Se considera que una mezcla de hielo y agua que se encuentra en equilibrio con aire saturado a 1 atm está en el punto de fusión. Una mezcla de agua y vapor de agua (sin aire) en equilibrio a 1 atm de presión se considera que está en el punto de ebullición. Celsius dividió el intervalo de temperatura que existe entre éstos dos puntos en 100 partes iguales a las que llamó grados centígrados °C. Sin embargo, en 1948 fueron renombrados grados Celsius en su honor; así mismo se comenzó a utilizar la letra mayúscula para denominarlos.

4 2.- Grados Fahrenheit (°F): Es una escala de temperatura propuesta por Daniel Gabriel Fahrenheit en La escala establece como las temperaturas de congelación y ebullición del agua, 32 °F y 212 °F, respectivamente. El método de definición es similar al utilizado para el grado Celsius (°C). ESCALAS ABSOLUTAS: 1.- Grado Kelvin(K): Escala creada por William Thompson, Lord Kelvin, en el año 1848, sobre la base del grado Celsius, estableciendo el punto cero en el cero absoluto (−273,15 °C) y conservando la misma dimensión. Lord Kelvin introdujo la escala de temperatura termodinámica, y la unidad fue nombrada en su honor.

5 2.- Grado Rankine (R):El grado Rankine tiene su punto de cero absoluto a − °F, y los intervalos de grado son idénticos al intervalo de grado Fahrenheit. ECUACIÓN DE LA RELACIÓN DE LAS ESCALAS DE TEMPERATURA: °F = (9/5)°C + 32 ℃ = 5/9 (°F -32) K = ℃ +273 R = °F +460

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7 DILATACIÓN TÉRMICA Efectos frecuentes en los materiales al presentarse cambios de temperatura, son variaciones en sus dimensiones y cambios de estado. 1.- Dilatación Lineal : El cambio de una dimensión lineal de un sólido tal como el largo, el ancho, alto o una distancia entre dos marcas se conoce como la expansión lineal.

8 2.- Dilatación Superficial: Consideremos ahora el área al elevar la temperatura Δt , para esto tomamos una superficie como se muestra en la figura, antes de la expansión su área es A = ab.

9 3.- Dilatación Volumétrica: Usando el mismo argumento se demuestra que el cambio de volumen de un sólido de volumen V, al elevarse la temperatura Δt es

10 CALOR Su símbolo es Q. Se define como la energía cinética total de todos los átomos o moléculas de una sustancia. Su concepto es el flujo de calor, que es la transferencia de energía que se produce únicamente como consecuencia de la diferencia de temperaturas. Su unidad es la caloría(cal) es la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de un gramo de agua en un grado Celsius desde 14.5 °C a 15.5°C. En el sistema ingles es BTU ( 1lb de 63°F a 64°F.)

11 CAPACIDAD CALÓRICA Y CALOR ESPECÍFICO
La capacidad calórica (C), de cualquier sustancia se define como la cantidad de calor, Q, que se requiere para elevar la temperatura de una sustancia en un grado Celsius. La capacidad calórica de cualquier sustancia es proporcional a su masa. Es conveniente definir la capacidad calórica por unidad de masa, a la que se llama calor especifico ( )

12 Unidades: Entonces, el calor queda expresado como: Si se le agrega calor: Q y ΔT son ambos positivos. La temperatura aumenta. Si le quita calor a una sustancia: Q y ΔT son ambos negativos. La temperatura disminuye.

13 EQUILIBRIO TÉRMICO ΣQ = 0
Al poner en contacto dos cuerpos a distinta temperatura, el de mayor temperatura cede parte de su energía al de menos temperatura hasta que sus temperaturas se igualan. Se alcanza así lo que llamamos "equilibrio térmico". ΣQ = 0 Q1 = Q2 (calor ganado = calor perdido)

14 FASES DE LA MATERIA SÓLIDO: Manteniendo constante la presión, a baja temperatura los cuerpos se presentan en forma sólida tal que los átomos se encuentran entrelazados formando generalmente estructuras cristalinas, lo que confiere al cuerpo la capacidad de soportar fuerzas sin deformación aparente. Son, por tanto, agregados generalmente rígidos, duros y resistentes. El estado sólido presenta las siguientes características: Fuerza de cohesión (atracción). Vibración. Tiene forma propia. Los sólidos no se pueden comprimir. Resistentes a fragmentarse. Volumen definido.

15 LÍQUIDO: Incrementando la temperatura el sólido se va "descomponiendo" hasta desaparecer la estructura cristalina alcanzándose el estado líquido, cuya característica principal es la capacidad de fluir y adaptarse a la forma del recipiente que lo contiene. En este caso, aún existe una cierta ligazón entre los átomos del cuerpo, aunque de mucha menor intensidad que en el caso de los sólidos. El estado líquido presenta las siguientes características: Fuerza de cohesión menor (regular) Movimiento-energía cinética. Sin forma definida. Toma el volumen del envase que lo contiene. En frío se comprime. Posee fluidez. Puede presentar fenómeno de difusión

16 Gaseoso: Por último, incrementando aún más la temperatura se alcanza el estado gaseoso. Los átomos o moléculas del gas se encuentran virtualmente libres de modo que son capaces de ocupar todo el espacio del recipiente que lo contiene, aunque con mayor propiedad debería decirse que se distribuye o reparte por todo el espacio disponible. El estado gaseoso presenta las siguientes características: Fuerza de cohesión casi nula. Sin forma definida. Sin volumen definido. Se puede comprimir fácilmente. Ejerce presión sobre las paredes del recipiente que los contiene. Los gases se mueven con libertad.

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18 CAMBIOS DE ESTADO – CALOR LATENTE
Cuando la temperatura de un cuerpo aumenta por causa de un calor suministrado, se origina un aumento de la energía cinética del movimiento de las moléculas. Se requiere una determinada cantidad de calor para cambios de fase de una cantidad de sustancia dada. Esto es, el calor es proporcional a la masa de la sustancia. Q = m L Donde L es una constante característica de la sustancia y de cambio de fase que se produce.

19 Si el cambio es de sólido a líquido, será Lf (calor latente de fusión) y si el cambio el de líquido a gas, será Lv (calor latente de vaporización). En el caso del agua a presión atmosférica la fusión se produce a 0°C y Lf vale 79,7 cal/gr. Y la vaporización se produce a 100°C y Lv vale cal/gr. Qf = 80 m Qv = 540 m

20 TRANSFERENCIAS DE CALOR
CONDUCCIÓN: Cuando hay transporte de energía entre elementos de volumen adyacentes en virtud a la diferencia de temperatura entre ellas, se conoce como conducción de calor.

21 CONVECCION: Es el proceso de transferencia de calor de un lugar a otro por el movimiento de la masa calentada.

22 RADIACION: Es el proceso de transferencia de calor por medio de ondas electromagnéticas durante el cual la masa del medio no interviene puesto que no se refiere a la convección, ni a la conducción, por ejemplo la transferencia de energía del sol de la tierra.

23 DEFINICIÓN DE UN GAS IDEAL
En lo siguiente asumiremos que estamos trabajando con un gas ideal con las propiedades siguientes: Un gas está formado por partículas llamadas moléculas. Las moléculas se mueven irregularmente y obedecen las leyes de Newton del movimiento. El número total de moléculas es grande. El volumen de las moléculas mismas es una fracción inapreciablemente pequeña del volumen ocupado por el gas. Entre moléculas no obran fuerzas de consideración, salvo durante los choques. Los choques son perfectamente elásticos y de duración insignificante.

24 El comportamiento de las masas encerradas de gases ideales se determina por las relaciones entre p, V o p, T, o V, T cuando la tercera cantidad T o V o p respectivamente, es mantenida constante; estas relaciones fueron obtenidas experimental por Boyle, Gay - Lussac y Charles respectivamente.

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26 ECUACIÓN DE ESTADO DE UN GAS IDEAL
El comportamiento de gases ideales se caracteriza en términos de las propiedades termodinámicas p, V y T. La ecuación de los gases ideales puede obtenerse por la combinación de las tres leyes de los gases. Sea el gas encerrado con condiciones iniciales p1, V1 y T1 (estado inicial), llevado al estado final p2, V2 y T2.

27 La ecuación del gas ideal por lo tanto se escribe normalmente como:
pV = nRT Donde: n es el número de moles ( es el cociente de la masa de gas M a su peso molecular M0) R es la constante universal de los gases.

28 GAS IDEAL Y TRABAJO Se determinara el trabajo desarrollado por un gas ideal, cuando transita por los procesos termodinámicos fundamentales: iscórico, isobárico, isotérmico y adiabático. Proceso Iscórico: En este proceso y el trabajo desarrollado es nulo. Caso cuando no se puede vencer la resistencia y el sistema no cambia su volumen.

29 Proceso isobárico: La presión es constante.
Para un gas ideal: Proceso Isotérmico: Cuando se trata de un gas ideal, ; el integrando queda exclusivamente en función de V y la integral correspondiente queda:

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31 Proceso Adiabático: Para este proceso la ecuación del gas ideal es ; al despejar P, tenemos:
Entonces, el trabajo:

32 K es igual tanto en , entonces:
Además, sabemos que:

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