CALOR Y TEMPERATURA

Concepto de Calor y Temperatura El calor es el contenido energético que posee un cuerpo en forma de energía cinética debido al movimiento desordenado de sus moléculas El calor fluye de los cuerpos que se encuentran a mayor temperatura a los de menor temperatura. La temperatura es una medida del calor o energía cinética media de las partículas de una sustancia. Para que haya flujo calórico se requiere una diferencia de temperatura. El cuerpo que recibe calor aumenta su temperatura, el que cede calor disminuye su temperatura. Entonces, calor y temperatura está directamente relacionados

Cantidad de Calor Depende de: Su masa, ya que cuantas más partículas haya en movimiento, mayor será la energía de todas ellas. Su temperatura, que determina la mayor o menor rapidez de movimiento de las partículas. Su calor específico, determinado por la naturaleza de la sustancia.

Temperatura de un Cuerpo La Temperatura es independiente de la masa de un cuerpo. Determina el sentido en que tienen lugar los intercambios caloríficos entre los cuerpos. Cuando dos cuerpos se ponen en contacto, la energía calórica fluye del que tiene mayor temperatura al que tiene menos, y no del que posee más cantidad de calor al que tiene menos.

Ejemplo de Calor y Temperatura 1 mg 0.09 cal 90º C 1 g 90 cal 1 Kg 90.000 cal

Unidades de Temperatura Para expresar numéricamente la temperatura de un cuerpo se toman dos situaciones físicas conocidas y reproducibles (P.ej.: Congelación y Ebullición del agua destilada, medidas a una atmósfera de presión) a cuyas temperaturas se asignan números arbitrarios.   Con estos dos valores fijos se han establecido, entre otras, las unidades en grados Celsius, Fahrenheit y Absoluta o Kelvin

Escalas de temperatura Celsius: 0º y 100º C   Fahrenheit: 32 º y 212º F Absoluta o Kelvin: 273º y 373º K

Escalas de temperatura

(°C x 9/5) + 32 = °F (10ºC x 9/5) + 32 = 50 °F (°F – 32) x 5/9 = °C Conversión de Escalas (°C x 9/5) + 32 = °F (10ºC x 9/5) + 32 = 50 °F (°F – 32) x 5/9 = °C (50°F – 32) x 5/9 = 10°C

Calor Sensible y Calor Latente Calor Sensible es el estado calórico cuya variación de nivel puede determinarse mediante un termómetro, que es sensible a ella. Calor latente es aquel que agregado o sustraído a una sustancia no origina cambio de temperatura. Ocurre en los cambios de estado (Ej. Ebullición del agua a 100 º C), y se consume en la acción de transformación física.

Calor Sensible y Calor Latente

Calor Absorbido o Cedido por un Cuerpo Depende de tres factores: La masa del cuerpo que se caliente o enfríe. La naturaleza del cuerpo. La variación de temperatura que se desea conseguir.

Cálculo Matemático del Calor Sensible  Q = C. Esp. x m x (Tº f – Tº i ) Q es la cantidad de calor entregada o recibida por un cuerpo (Kcal) m es la masa del cuerpo (Kg) Ce es el calor específico de la sustancia (Kcal/Kg.°C) T ° i es la temperatura inicial del cuerpo (°C) T ° f es la temperatura final del cuerpo (°C)

Ejemplos del Calor Específico Sustancia Cal /g ºC Aluminio 0,212 Cobre 0,093 Hierro 0,113 Mercurio 0,033 Plata 0,060 Latón 0,094 Agua de mar 0,945 Vidrio 0,199 Arena 0,20 Hielo 0,55 Agua 1,00 Alcohol 0,58 Lana de vidrio 0,00009 Aire 0,0000053

Ejemplos de Calor Latente Cuerpos Fusión Vaporización Temperatura [ºC] Calor Latente [Kcal/Kg] Alcohol -114 25 78 201 Plata 960 1950 520 Cobre 1083 50 2330 1110 Agua 80 100 580 Fundición 1100 34 531 Mercurio -39 2,8 357 72 Plomo 327 5,7 1730 220 Carbono 3540 4000 12000

TEMPERATURA DEL SUELO

Flujo calórico El suelo se calienta al recibir la radiación solar, que es transformada por un flujo de calor al que llamamos B (Cal/cm2 x seg) El calor se traslada desde la superficie hacia la profundidad, y viceversa, siguiendo los gradientes térmicos. Flujo de calor B a l d T d dist.

El Flujo Calórico es proporcional a: En forma directa, a la diferencia de temperatura. En forma inversa, a la distancia. La proporcionalidad está dada por el l (Coeficiente de Conductibilidad Calórica).

El Coeficiente l Expresa la cantidad o flujo de calor que circula por un cubo de 1 cm. de arista cuando la diferencia entre sus caras es 1 º C y en el tiempo de un segundo. Representa la capacidad de conducir el calor de una sustancia, o de una mezcla de sustancias. l = Cal/cm x seg x º C o W/m x ºK

Tabla de l Material W/m.K Acero Agua Aire Alcohol Alpaca Aluminio Amianto Bronce Cinc Cobre Corcho Estaño Fibra de Vidrio Glicerina Hierro Ladrillo Ladrillo Refractario Latón Litio Madera Mercurio Mica Níquel Oro Parafina Plata Plomo Vidrio 47-58 0,58 0,02 0,16 29,1 209,3 0,04 116-186 106-140 378 0,04-0,30 64,0 0,03-0,07 0,29 1,7 0,80 0,47-1,05 81-116 301,2 0,13 83,7 0,35 52,3 308,2 0,21 406 35,0 0,6-1,0 Autor: Ricardo Santiago Netto Fuente "Fisicanet”

Temperatura del Suelo Primera Ley de ANGOT:   Primera Ley de ANGOT: La amplitud de las temperaturas máximas y mínimas decrece geométricamente a medida que la profundidad aumenta aritméticamente. Segunda Ley de ANGOT: El atraso en el registro de las temperaturas máximas y mínimas es proporcional a la profundidad.

Marcha Anual de la Temperatura del Suelo Prof (m) TEMPERATURA DEL SUELO (OBSERVATORIO CENTRAL BUENOS AIRES) 0.05 25.7 24.9 22.4 17.4 14.5 12.1 10.4 11.3 13.8 17.3 20.7 24.8 1.00 22.8 23.9 23.5 20.5 18.0 16.4 14.6 14.0 16.8 18.9 21.6 5.00 17.8 18.4 19.3 19.0 18.6 18.2 17.9 17.6 18.3 10.0  

TEMPERATURA DEL AIRE

Transferencia de Calor en el Aire (procesos de calentamiento y enfriamiento de la atmósfera) Con adición de calor: Radiación, Conducción, Convección, Advección y Turbulencia Sin adición de calor Procesos adiabáticos

Con Adición de Calor Radiación : Poco importante. Sólo un 7% de la energía del Sol es absorbida en la atmósfera. Conducción: Transferencia de energía de molécula a molécula, lenta y poco eficiente, pero la única posible entre sólidos y dentro de ellos. Convección: Movimiento vertical ordenado, producido por diferencias de temperatura que producen variación de densidad del aire.

Con Adición de Calor (Cont.) Advección: Movimiento horizontal ordenado, conocido como brisa. Turbulencia: Movimiento desordenado en todos sentidos, de gran magnitud de masas. Evaporación y Condensación: Los calores latentes de vaporización y condensación del agua (580 cal/g) mueven enormes cantidades de energía en lugares muy alejados entre sí.

Procesos de Transferencia de Calor en el Aire Advección Radiación solar Convección Turbulencia Capa Límite Radiación terrestre Conducción

Gradiente Diurno

Gradiente Nocturno

Temperaturas máximas y mínimas diarias

Sensación Térmica Vel km/h 8°C 4°C 0°C -4°C -8°C Calma 8 4 -4 -12 10 5 -4 -12 10 5 -8 -13 20 -5 -10 -15 -21 30 -3 -14 -20 -25 40 -11 -17 -23 -29 50 -6 -18 -31 60 -7 -19 -26 -32

Cuestionario En el Hemisferio Norte el invierno es más frío que en el Hemisferio Sur. ¿Se debe a que la Tierra está más lejos del Sol? Explique Si se le consulta acerca de la construcción de pistas de esquí sobre un cerro, en el Hemisferio Sur, con qué orientación aconsejaría hacerlas?. ¿Por qué? Grafique un gradiente de temperatura correspondiente al mediodía, y otro al amanecer, explicando su trazada hasta los 5 m de altura y luego, hasta los 200 m. Si dos ciudades tienen la misma amplitud térmica anual media, ¿puede inferirse que la marcha anual de la temperatura en ambas es similar? Explique.

Cuestionario Explique por qué la variación (amplitud) diaria de la temperatura de una localidad seca es diferente de la de una húmeda, y en días despejados de la de días nublados. Dé dos razones que justifiquen por qué el termómetro de mínima no utiliza mercurio. ¿En que´consiste la sensación térmica? en un mapa de isotermas de la República Argentina, ¿qué significa que una isoterma se desvíe hacia el sur al llegar al mar? ¿En qué estación ocurre esto, y por qué?