Calor y temperatura video animación

Presentación del tema: "Calor y temperatura video animación"— Transcripción de la presentación:

1 Calor y temperatura video animación
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2 Transformaciones energéticas.
En cada proceso o transformación que ocurre en el universo (en la naturaleza, en la industria, etc.) la energía puede “convertirse” de un tipo a otro, a este cambio se le denomina trasformación energética. Principio de conservación de la energía (LCE): “La energía no se puede crear (sacar de la nada) ni destruir (eliminar, hacerla desapa-recer). Únicamente se puede transformar de una forma a otra y/o pasar de un cuerpo a otro”. Hermann von Helmholtz. Postdam. Alemania (1821 – 1894)

3 Sumario Energía. En resumen La energía presenta tres propiedades básicas: La energía total de un sistema aislado se conserva. (Por tanto en el Universo no puede existir creación o desaparición de energía. La energía total en el universo es constante (LCE)). La energía puede transmitirse (transferirse) de unos cuerpos (o sistemas materiales) a otros. La energía puede transformarse de unas formas a otras. Las unidad de la energía en el SI es el Julio(Joule): 1J=1Kg·m2/s2 Otras undidades: Caloria (1cal=0,24J), ergio (1erg=1·10-7Julios)

4 Mecanismos de intercambio de energía.
Los cuerpos pueden intercambiar energía mediante dos mecanismos: Calor y Trabajo. Cuando la interacción es de tipo mecánico, es decir, mediante la actuación de una fuerza (y siempre que haya desplazamiento), la transferencia de energía entre un cuerpo y otro se denomina Trabajo (W). Fuerza Fuerza

5 Mecanismos de intercambio de energía.
Cuando la interacción es de tipo térmica, esto es, ocurre porque los dos cuerpos tienen diferente temperatura la energía se transfiere del cuerpo a mayor T hacia el de menor T. Este mecanismo de transferencia se denomina Calor (Q). El Calor y el trabajo no son otra forma de energía, sino formas de intercambio o transferencia de energía. (Teplo a práce nejsou druhy energie, ale formy jejího přenosu)

6 Estados de agregación de la materia
Estado líquido: Moléculas a mayor distancia que en los sólidos las fuerzas de cohesión son pequeñas. Las moléculas pueden “viajar”. Ocupan un volumen propio, pero no tienen una forma definida, sino que se adaptan al recipiente que los contiene. Estado sólido: Moléculas muy cerca unas de otras fuerzas de cohesión entre moléculas muy intensas. Las moléculas ocupan una posición fija en el sólido no pueden “viajar”, (sólo vibrar) Poseen una forma definida y ocupen un volumen propio. a) b) c) Estado gaseoso: Distancia grande entre las moléculas. Fuerzas de cohesión práctica-mente nulas. Presentan tendencia a ocupar el mayor volumen posible al poder expan-dirse con facilidad. Animación estados agreg

7 Temperatura Es una magnitud intensiva
“La temperatura es una magnitud que nos da una medida de la agitación térmca o movimiento medio de las moléculas de un material, es decir, de la energía cinética media de éstas”. Si la agitación térmica(más movimiento) ↑  Energía interna Temperatura ↑ +Energía “La temperatura de un cuerpo es proporcional a la energía cinética media de las partículas (átomos, moléculas,...) que lo componen.” Es una magnitud intensiva Animación estados agreg

8 “La temperatura es una magnitud que nos da una medida de la agitación o movimiento medio (de la energía cinética meia) de las moléculas de un material”. Animación estados agreg

9 Medición de la temperatura: teoría cinética

10 Principio 0 de la termodinámica
Cuando dos cuerpos a diferente temperatura se ponen en contacto térmico, la energía térmica empieza a fluir en forma de calor desde el cuerpo de mayor temperatura al de menor. Esto ocurrirá hasta que se igualen sus temperaturas, A esta situación se le llama equilibrio térmico Principio 0 de la termodinámica: “Si dos cuerpos A y B están en equilibrio térmico (misma temperatura) con un tercer cuerpo C, ambos cuerpos (A y B) están en equilibrio entre sí (misma temperatura)”.

11 Medición de la temperatura: Termómetros
Un termómetro es un instrumento que se usa para medir la temperatura de un cuerpo. . Para diseñar un instrumento que mida la temperatura debemos: Escoger una propiedad de la materia que sea fácilmente observable y medible Que varíe de manera importante con la agitación de sus partículas, (que esta variación sea fácil de medir) Con los termómetros medimos la temperatura de forma indirecta a partir de otra propiedad.

12 Medición de la temperatura: Termómetros
Termómetro bimetálico (de resorte espiral) Termómetros de mercurio y de alcohol Pirómetro Termopar Termómetro de gas a presión constante

13 Medición de la temperatura: Termómetros
Actividad: Haz una búsqueda en Internet y escribe una pequeña descripción del principio de funcionamiento de los siguientes termómetros: termómetros de mercurio y de alcohol, bimetálicos, de gas (a P=cte), termopares y pirómetros. Realiza una tabla donde especifiques la propiedad que varía en cada tipo de termómetro, así como el rango de temperaturas en que es habitual usarlo.

14 Medición de la temperatura: Escalas de Temperatura
Puntos de referencia Divisiones Uso Punto congelación Punto ebullición Celsius 0º 100º Europa Kelvin 273,15º 373,15 Científicos (SI) Fahrenheit 32º 212º Anglosajones (EEUU, Reino Unido, etc.) Nota: Un incremento de 1ºC (ó 1ºK) equivale a un incremento de 1,8ºF

15 Medición de la temperatura: Escalas de Temperatura
Para pasar de un sistema a otro: De Celsius a Kelvin: De Fahrenheit a Celsius: (cloruro amónico en agua) 180 100 100

16 Escalas de temperatura, ejercicios
Ej 1,(1 boletín, 5/155 Guad): Un amigo inglés te escribe diciendo que ha estado en cama con fiebre y ha alcanzado una temperatura de 104 °F. ¿Cuántos grados Celsius son?¿Cuántos Kelvins? Solución: T=40ºC=313K Ej 2 (2 boletín, ):Responde a las siguiente preguntas: ¿Que temperatura en ºC hay en Londres si en las noticias dicen que están a 54ºF? La temperatura de ebullición (vaporización) del etanol (el alcohol de las bebidas) es 78ºC ¿Cual es esa temperatura en K? ¿Y en ºF? Ej 3,(3 boletín, 6/155 Guad): El gas noble helio licua a 4,2 K. Expresa esta temperatura en grados Celsius y en grados Fahrenheit. Solución: T(ºC)=-268,8ºC T(ºF)=-451,11°F

17 Escalas de temperatura, ejercicios
Ej 4, (4 boletin):Estas de viaje por EEUU y en la noticias avisan que se aproxima una helada y que se pueden alcanzar temperaturas de hasta +10ºF. ¿Cual será la temperatura en grados celsius ? Solución: T(C)=-12,2ºC Ej 5, (5 boletin) Un termómetro de mercurio está graduado en las escalas Celsius y Fahrenheit. La distancia entre dos marcas consecutivas en la graduación Fahrenheit es 1 mm. ¿Cuál es la distancia entre dos marcas consecutivas en la graduación Celsius? . Solución: d=1,8mm

18 Efectos del Calor Efectos del Calor
Cuando un cuerpo absorbe (o cede) calor, aumenta (o disminuye) su energía interna, en particular su agitación térmica (su energía térmica). Este cambio en su energía produce al menos uno de los siguientes efectos en la sustancia de dicho cuerpo: Aumentos de temperatura Cambios de fase (de estados de agregación) Cambios de volumen (dilatación/contracción).

19 Efectos del Calor: Cambios de temperatura
Calor específico de una sustancia: calor necesario para elevar un 1º la temperatura de una unidad de masa (gr, Kg, mol) de esa sustancia. Sustancia Ce(cal/g 0C) Agua 1,000 Aluminio 0,217 Etanol 0,586 Cobre 0,095 Hierro 0,111 Zinc 0,092 Plomo 0,031 es una propiedad característica de las sustancias. La unidad S.I. de calor específico es: … aunque habitualmente se mide en:

20 Efectos del Calor: Cambios de temperatura
Calor especifico Calor latente de fusión Calor latente de vaporización Temp. de fusión Temp de ebullición Sustancia cal/g·ºC J/kg·K cal /g kJ/kg (ºC) Agua (líquida) 1,00 4180 334 2260 100 Agua (Hielo) 0,49 2050 Agua (Vapor) 0,47 1960 Alcohol etílico 0,59 2450 105 846 -114 78,4 Benceno 127 396 5.5 80.2 Oxígeno 3,30 50,90 -219 -183 Bronce 0,086 360 Oro 0,03 130 67 Aluminio 0,22 900 2300 658.7 9220 Hierro 0,11 450 293 3050 1530 6300 Plata 0,06 240 109 Plomo 0,031 22.5 1750 327.3 880 Cobre 0,093 389 214 2360 1083 5410 Mercurio 0,033 138 11.73 356.7 -38.9 285 Agua de mar 0,945 Aire 0,24 1.010 Granito 0,19 800 Aceite de oliva 2.000 Acero inox 0,12 510 Madera 0,42 1.760 Latón 0,094 Vidrio 0,199 Arena 0,20

21 Efectos del Calor: Cambios de temperatura
¿Cuánto calor es necesario comunicar a una sustancia para que eleve su temperatura Δt 0 C? La cantidad de calor necesaria depende de la sustancia de que se trate y de la masa de la misma y se calcula usando la expresión: Ej 1 (prob 7; 15/161 Guad): Deseamos calentar 250 g de agua desde 20°C a 40°C. ¿Cuánto calor se requiere? Solución: Q=20900J Ej 2 (probl 8) : El calor especifico del Etanol es c=2424J/Kg·C ¿Cuantas calorías son necesarias para elevar 1ºC la temperatura de un Kg de etanol? ¿Y para elevarla un ºF? ¿Y un ºK? Solución: a) 1º celsius: Q=2424J b) 1º Farenheit: Q=1346,7J c) 1 Kelvin: Q=2424J

22 Aumento temperatura y equilibrio térmico

23 Aumento temperatura y equilibrio térmico

24 Aumento temperatura y equilibrio térmico, ejercicios
Ejemplo 3 (Probl12; 16/161 Guad): Calcula la masa de una pieza de hierro si se sabe que, para aumentar su temperatura desde 25°C a 100 °C, necesita absorber J. Solución: m=0,075Kg Ejemplo 4 (Probl15): Se mezclan 800 g de agua a 20º C con 1000 g de agua a 70ºC. Calcular cuál será la temperatura final de la mezcla. Solución: 47,8ºC

25 Equilibrio térmico, ejercicios
Ejemplo 5,(ej 11): Con el fin de determinar el calor específico de un metal se calienta un trozo de 100,0 g hasta 86ºC y a continuación se introduce en un calorímetro que contiene 300, 0 g de agua a una temperatura de 21ºC. El agua del calorímetro se agita y tras unos minutos se alcanza el equilibrio entre la pieza metálica y el agua adquiriendo el conjunto una temperatura de 25ºC. Determinar el calor específico del metal. Datos: equivalente en agua del calorímetro: k=42,5 g Sol: Sin considerar el equivalente en agua del calorímetro: 820,8 J/KgºC,=0,197cal/gºC el metal considerado debe ser Aluminio (si comparamos con la tabla está muy cerca de 0,217 cal/gºC –se comete un error del 11,6%-). Considerando el equivalente en agua del calorímetro: 937,5J/KgºC=0,225cal/gºC

26 Efectos del Calor: Cambios de estado

27 Efectos del Calor: Cambios de estado

28 Efectos del Calor: Cambios de estado

29 Efectos del Calor: Cambios de estado

30 Efectos del Calor: Cambios de estado

31 Mecanismos de transferencia del calor
Existen 3 formas (o mecanismos) básicas de transferencia de calor entre los cuerpos: Conducción Convección Radiación video

32 Mecanismos de transferencia del calor
Conducción: Típica de los sólidos. Las partículas del cuerpo se transfieren la energía térmica de una a otras sin desplazarse por el cuerpo video

33 Efectos del calor: Dilataciones

34 Efectos del calor: Dilataciones
Dilatación lineal Dilatación superficial Dilatación cúbica ) Coefiente de dilatación lineal: aumento de longitud de un cuerpo cuando la temperatura aumenta 1ºC Coef. dilatación superficial: aumento del áreade un cuerpo cuando la temperatura aumenta 1ºC Coefiente de dilatación cúbica: aumento de volumen de un cuerpo cuando la temperatura aumenta 1ºC Longitud final: Superficie final: volumen final

35 Medición de la temperatura: Dilataciones

36 Calor y Trabajo: Maquinas termicas

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