6 Transferencia de energía: calor ESQUEMA INICIO ESQUEMA INTERNET PARA EMPEZAR ESQUEMA INTERNET ANTERIOR SALIR

Esquema de contenidos Temperatura de los cuerpos. Calor INICIO ESQUEMA INTERNET Esquema de contenidos Temperatura de los cuerpos. Calor El cero absoluto Escalas termométricas Calor y equilibrio térmico Efectos del calor sobre los cuerpos Transmisión de calor Cambio de temperatura Energía térmica y trabajo mecánico El calorímetro Transformación entre calor y trabajo Cambios de estado Equivalencia entre calor y trabajo Cambios de estado. Puntos de fusión y ebullición La máquina de vapor Dilatación de los sólidos El motor de explosión Rendimiento de las máquinas térmicas Dilatación de los líquidos Máquinas frigoríficas ANTERIOR SALIR

Para empezar, experimenta y piensa INICIO ESQUEMA INTERNET CLIC PARA CONTINUAR Para empezar, experimenta y piensa Corrientes de convección Retiramos la tarjeta Líquido sin colorear frío Tarjeta que separa ambas las boquillas Líquido coloreado caliente El líquido frío baja y el caliente sube. Al cabo del tiempo todo el líquido está coloreado por igual y a la misma temperatura. ANTERIOR SALIR

INICIO ESQUEMA INTERNET CLIC PARA CONTINUAR El cero absoluto Según la teoría cinética, las partículas se mueven más o menos libremente dependiendo del estado físico. Cuanto más rápido se mueven, mayor es la temperatura de la sustancia Aumento de temperatura Aumento de la velocidad de las partículas T = 0 K T = 300 K T = 1000 K EL CERO ABSOLUTO: -273,15º C ANTERIOR SALIR

Escalas termométricas INICIO ESQUEMA INTERNET CLIC PARA CONTINUAR Escalas termométricas KELVIN CELSIUS FAHRENHEIT 373 K 100 ºC 212 ºF 273 K 0 ºC 32 ºF 0 K - 273 ºC - 459 ºF ANTERIOR SALIR

Agua con temperatura intermedia INICIO ESQUEMA INTERNET CLIC PARA CONTINUAR Calor y equilibrio térmico El calor o energía térmica es la energía que se intercambia cuando se ponen en contacto dos cuerpos que están a distinta temperatura, o cuando se produce un cambio de estado. 30 Agua caliente Agua fría 50 10 Agua con temperatura intermedia Cuando dos cuerpos a diferente temperatura se ponen en contacto el tiempo suficiente, sus temperaturas se igualan. Están en equilibrio térmico. ANTERIOR SALIR

Transmisión de calor CONDUCCIÓN CONVECCIÓN RADIACIÓN INICIO ESQUEMA INTERNET CLIC PARA CONTINUAR Transmisión de calor CONDUCCIÓN CONVECCIÓN Partículas del sólido Sentido de propagación del calor por conducción. Partículas del gas Partículas del líquido El aire caliente sube El aire frío baja La conducción es el modo en que se transmite la energía térmica en los sólidos. La energía se propaga gracias a los choques que se producen entre las partículas «calientes» y sus vecinas. La convección es el modo en que se transmite la energía térmica en los fluidos (líquidos y gases). La energía se propaga porque se produce un transporte de materia. La radiación es el modo en que se transmite la energía térmica entre dos cuerpos sin que exista ningún tipo de contacto material entre ellos. Se propaga por medio de ondas electromagnéticas y es la única forma en que se transmite energía térmica en el vacío. RADIACIÓN ANTERIOR SALIR

Encendemos los hornillos. Diez minutos después… INICIO ESQUEMA INTERNET CLIC PARA CONTINUAR Cambio de temperatura 20 20 20 Agua Agua Aceite Se denomina calor específico (ce) de una sustancia a la cantidad de calor que hay que comunicar a 1 g de la misma para que su temperatura aumente 1 K. En el SI se mide en J/(kg ⋅ K). Encendemos los hornillos. Diez minutos después… 80 50 70 La temperatura que un cuerpo alcanza al absorber calor depende de su masa y del tipo de materia que lo forme. ANTERIOR SALIR

El calorímetro Agitador Termómetro Aislante INICIO ESQUEMA INTERNET CLIC PARA CONTINUAR El calorímetro Agitador Termómetro Aislante El calorímetro se utiliza para determinar calores específicas de sustancias Vacío ANTERIOR SALIR

LICUACIÓN O CONDENSACIÓN INICIO ESQUEMA INTERNET CLIC PARA CONTINUAR Cambios de estado SUBLIMACIÓN INVERSA LICUACIÓN O CONDENSACIÓN SOLIDIFICACIÓN Sólido Líquido Gas FUSIÓN VAPORIZACIÓN SUBLIMACIÓN ANTERIOR SALIR

Cambios de estado. Puntos de fusión y ebullición INICIO ESQUEMA INTERNET CLIC PARA CONTINUAR Cambios de estado. Puntos de fusión y ebullición -20 100 T (ºC) 4 8 20 12 16 28 24 t (min) Toda la sustancia está en estado gaseoso. Cambio de estado de líquido a gas. No varía la temperatura Gas PUNTO DE EBULLICIÓN O VAPORIZACIÓN Toda la sustancia está en estado líquido COINCIDE CON PUNTO DE CONDENSACIÓN Se produce el cambio de estado de sólido a líquido. La temperatura no varía. Líquido Sólido PUNTO DE FUSIÓN COINCIDE CON PUNTO DE SOLIDIFICACIÓN ANTERIOR SALIR

Coeficientes de dilatación lineal. INICIO ESQUEMA INTERNET CLIC PARA CONTINUAR Dilatación de los sólidos Coeficiente de dilatación lineal α Coeficiente de dilatación superficial β Coeficiente de dilatación cúbico γ Para tener en cuenta los efectos de la dilatación, en el diseño de estructuras se dejan juntas de dilatación. Coeficientes de dilatación lineal. ANTERIOR SALIR

Dilatación de los líquidos INICIO ESQUEMA INTERNET CLIC PARA CONTINUAR Dilatación de los líquidos Hasta la marca A el contenido del matraz es de 100 mL. Si se calienta el matraz, éste se dilata antes que el líquido y los 100 mL se corresponderían con la marca B Si el matraz tuviese líquido hasta el nivel A, al calentarse, llegaría al nivel C. Dilatación aparente (A-C) Dilatación del matraz Dilatación real (B-C) A A B C A B Agua caliente ANTERIOR SALIR

Transformación entre calor y trabajo INICIO ESQUEMA INTERNET CLIC PARA CONTINUAR Transformación entre calor y trabajo TRANSFORMACIÓN DE ENERGÍA TÉRMICA EN TRABAJO MECÁNICO TRANSFORMACIÓN DE ENERGÍA MECÁNICA EN ENERGÍA TÉRMICA Émbolo Energía Calor Energía útil Energía térmica ANTERIOR SALIR

Equivalencia entre calor y trabajo INICIO ESQUEMA INTERNET CLIC PARA CONTINUAR Equivalencia entre calor y trabajo Termómetro Experiencia de Joule Eje Agua Las pesas caen a la vez y mueven las aspas y aumenta la temperatura del agua. Pesas Aspas Se llama equivalente mecánico del calor a la relación entre el trabajo realizado y el calor que puede producir: 1 cal = 4,18 J; o bien 1J = 0,24 cal. ANTERIOR SALIR

La máquina de vapor Vapor Rueda Agua A C Combustible A B C INICIO ESQUEMA INTERNET CLIC PARA CONTINUAR La máquina de vapor FASE DE ADMISIÓN A C Vapor FASE DE ESCAPE Rueda Agua Mientras se produzca vapor en la caldera, el movimiento del émbolo se transmite a la biela y hace que se mueva la rueda. Desplazamiento A C B Combustible ANTERIOR SALIR

El motor de explosión ADMISIÓN COMPRESIÓN EXPLOSIÓN ESCAPE Bujía INICIO ESQUEMA INTERNET CLIC PARA CONTINUAR El motor de explosión ADMISIÓN COMPRESIÓN EXPLOSIÓN ESCAPE Bujía Válvula de escape Válvula de admisión Cilindro Pistón Biela La mezcla gasolina-aire entra por la válvula de admisión, que se abre mientras el pistón baja. El pistón sube y comprime la mezcla. Salta la chispa en la bujía y la mezcla explota. Los gases producidos lanzan el émbolo hacia abajo, transmitiendo el movimiento a la biela. Se abre la válvula de escape y los gases son expulsados. ANTERIOR SALIR

Rendimiento de las máquinas térmicas INICIO ESQUEMA INTERNET CLIC PARA CONTINUAR Rendimiento de las máquinas térmicas FOCO CALIENTE Rendimiento Q1 Rendimiento = · 100 Trabajo producido Energía consumida W = Q1 - Q2 MÁQUINA Q2 · 100 W Q1 FOCO FRÍO Q1 Q1- Q2 · 100 En una máquina térmica el trabajo realizado es igual al calor absorbido (Q1) menos el calor cedido (Q2), ANTERIOR SALIR

Máquinas frigoríficas INICIO ESQUEMA INTERNET CLIC PARA CONTINUAR Máquinas frigoríficas Control de temperatura Indicador de temperatura FOCO CALIENTE FOCO FRÍO MÁQUINA TÉRMICA Qf Qc W Ventilador del evaporador Evaporador Compresor Desagüe Ventilador del compresor Condensador ANTERIOR SALIR

Enlaces de interés Calor y temperatura Calentamiento global INICIO ESQUEMA INTERNET Enlaces de interés Calor y temperatura IR A ESTA WEB Calentamiento global IR A ESTA WEB ANTERIOR SALIR