CALOR TEMA 6

Formas de transmisión de la energía la energía se puede transmitir entre cuerpos se realiza mediante alguna de los siguientes formas: trabajo (cuando intervienen fuerzas y hay un desplazamiento) calor (cuando están a distinta temperatura o en un cambio de estado) ondas 2

Definición de calor 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. Unidades del calor: Julios, calorías Definición de caloría: es la cantidad de calor que hay que comunicar a 1g de agua para que se temperatura aumente 1ºC 1cal= 4,18 J; 1J=0,24 cal

Teoría cinético molecular de la materia (Maxwell y Boltzmann) Las mismas partículas (para una misma sustancia) Vacío g>l>s Movimiento g>l>s  tienen Ec las partículas Fuerzas s>l>g  tienen Ep por las fuerzas entre partículas SÓLIDO LÍQUIDO GAS

Energía interna. Es la capacidad que tienen los cuerpos para producir cambios por su estructura. Es la energía cinética y potencial de las partículas. Depende: Cantidad de materia Tipo de sustancia: las fuerzas son distintas, Ep partículas distinta Temperatura: + temp, + veloc partículas, + Ec partículas 5

Definición de temperatura Medida de la Ec de las partículas En el cero absoluto, cero Kelvin (T = t + 273): velocidad de partículas =0, Ec partículas=0 ¿Cómo se mide la temperatura? Sensación de frío o calor Termómetro A) Dilatación (Hg o alcohol) B) Resistencia (semiconductor cuya resistencia eléctrica cambia con la temperatura, digitales) Escalas de temperatura

Escalas de temperatura

Cambios de estado Ejemplos sublimación fusión evaporación SÓLIDO LÍQUIDO GAS condensación solidificación Sublimación inversa

LABORATORIO 1 Experimento: mezclar agua a distinta temperatura y medir la temperatura inicial y final de la mezcla Resultados: Conclusión: Equilibrio térmico: cuando se encuentran a la misma temperatura.

EFECTOS DEL CALOR SOBRE LOS CUERPOS 1.- Cambio de temperatura 2.- Cambio de estado 3.- Cambio de tamaño

1.- CAMBIO DE TEMPERATURA LABORATORIO 2 1) Experimento: calentar distintas cantidades de agua y alcohol y medir cómo varía la temperatura.

1.- CAMBIO DE TEMPERATURA (LABORATORIO 2) 2) Resultados 100 mL agua 300 mL agua 100 mL alcohol Temper Tiempo

1.- CAMBIO DE TEMPERATURA (LABORATORIO 2) 3) Gráfica temperatura-tiempo (papel con cuadros o milimetrado) Temperatura (ºC) tiempo

1.- CAMBIO DE TEMPERATURA 4) Conclusiones Factores que influyen en la variación de temperatura: Cantidad de sustancia, m Sustancia, Ce Temperatura inicial y final, ΔT Q= m Ce ΔT Si Q>0, T2>T1, el sistema absorbe energía (calentamos) Si Q<0, T2<T1, el sistema cede energía (enfriamos)

Calor específico, Ce Definición: es la cantidad de calor que hay que comunicar a 1 Kg de sustancia para que su temperatura aumente 1 K. Unidades: Es una propiedad característica

1.- CAMBIO DE TEMPERATURA Ejercicios: 7 (página 136), 8 (página 137), 37, 38, 39, 40 (página 149) Q sustancia fría + Q sustancia caliente = 0 Q sustancia fría + Q sustancia caliente + Q calorímetro= 0

2.- CAMBIO DE ESTADO ¿Qué sucede al calentar un cubito de hielo hasta 110ºC?

2.- CAMBIO DE ESTADO 2 2 1 1 1 2 2 1 hielo hielo hielo+agua agua -5ºC 0ºC 0ºC 0ºC agua agua agua+vapor vapor vapor 50ºC 100ºC 100ºC 100ºC 110ºC Según la teoría cinético molecular. 2 2 1 1 1 2 2 1

2.- CAMBIO DE ESTADO 1: La energía se emplea para aumentar la temperatura, mayor movimiento de las partículas 2: La energía se emplea para el cambio de estado, para romper las fuerzas que hay entre las partículas, las partículas están más separadas, la temperatura es constante durante el cambio de estado.

2.- CAMBIO DE ESTADO Gráfica temperatura-tiempo temperatura tiempo

2.- CAMBIO DE ESTADO Gráfica temperatura-tiempo temperatura tiempo

2.- CAMBIO DE ESTADO Q = m CL Factores que influyen en el cambio de estado: Cantidad de sustancia, m Sustancia, CL Q = m CL CL : Calor latente

Calor latente, CL Definición: es la cantidad de calor que hay que comunicar a 1Kg de masa para que experimente el cambio de estado a la temperatura del cambio de estado. Unidades: J/ Kg

Ejercicios: 9, 10, 11, 13, 14 página 139

3.- CAMBIO DE TAMAÑO Ejemplos: vías del tren, puentes carretera, junta de dilatación de los edificios. Dilatación: los cuerpos aumentan de tamaño cuando se calientan. Justificación con la teoría cinético molecular: El movimiento de traslación (g), vibración ( l y s) es mayor al aumentar la temperatura, por lo que la dilatación es mayor en gases que líquidos que sólidos (g>l>s)

DILATACIÓN EN SÓLIDOS A) Dilatación lineal, cables Δl = lo Δt α l = l o + Δl = lo + lo Δt α B) Dilatación superficial, plancha ΔS= So Δt  S = So + ΔS = So + So Δt  C) Dilatación volumen ΔV = Vo Δt  V = Vo + ΔV = Vo + Vo Δt  , ,  coeficientes de dilatación lineal, superficial y de volumen

DILATACIÓN EN SÓLIDOS Unidades α, β,  Δl = lo Δt α, despejando α Lo mismo para β,  Ejercicios: 17 y 18 de la página 140, 57 de la página 150 y 60 de la página 151.

DILATACIÓN DE LÍQUIDOS Se dilatan más que los sólidos porque las uniones entre las partículas es menor. Es más difícil de medir porque están en el interior de un recipiente que también se dilata

DILATACIÓN DE LÍQUIDOS En el agua, comportamiento anómalo por los enlaces que hay entre las moléculas de agua. Hielo, menos de 0ºC, V↑, d↓ de 0ºC a 4ºC el volumen disminuye (comportamiento anómalo), d↑ Más de 4ºC, V↑, d↓

DILATACIÓN DE GASES Se dilatan más. Si V=cte, T P pero no hay dilatación (Ley de Gay-Lussac) Si V≠ cte, T V , si P=cte, V/T = K (Ley de Charles y Gay-Lussac)

RELACIÓN ENTRE ENERGÍA, CALOR Y TRABAJO EFECTO JOULE Equivalencia entre calor, trabajo y energía: Epg= W W= Q Ejercicios 64 y 66 página 151

MÁQUINAS TÉRMICAS Combustión externa: máquina de vapor Combustión interna: motor de explosión

Combustión externa Energía interna (carbón)  QEnergía interna (vapor de agua) W Energía cinética (rueda)

James Watt Mejora la máquina de Newcomen 1736, Escocia- 1819, Reino Unido

Combustión interna Energía interna (gasolina)  Energía interna ( sustancias de la reacción química) Energía cinética (pistón) Energía cinética (coche)

Motor de combustión En 1860, Jean Joseph Etienne Lenoir creó el primer motor de combustión interna quemando gas dentro de un cilindro. En1876 para que Nikolaus August Otto construye el primer motor de gasolina de la historia, de cuatro tiempos En 1886 Karl Benz comienza a utilizar motores de gasolina en sus primeros prototipos de automóviles.

MÁQUINAS TÉRMICAS

Nevera El fluido llega al compresor(1) como gas (a baja presión y temperatura ambiente) y se comprime. En el condensador, (2) se licúa, liberando calor hacia el aire de la habitación (por tanto, se enfría). Este líquido pasa al evaporador(3) y al disminuir la presión, el fluido se expande y se evapora, absorbiendo calor (de los alimentos situados en el interior de la nevera).

TRANSMISIÓN DE CALOR CONDUCCIÓN CONVECCIÓN RADIACCIÓN

CONDUCCIÓN Sólidos No transporta materia Justificación: movimiento de vibración de las partículas (Ec de las partículas) Clasificación de los materiales Conductores Aislantes

CONVECCIÓN Líquidos y gases Se transporta materia Las partículas se desplazan de las zonas más calientes a la zona más fría

CONVECCIÓN

RADIACCIÓN Se transmite energía entre dos cuerpos sin estar en contacto (ondas)

Ejercicios 74 y 75