Cantidad de calor El significado de calor La cantidad de calor Capacidad de calor específico La medición del calor Cambio de fase Calor latente Calor de combustión Autor: David L. Heiserman Modificado por Prof. María Lourdes Lezcano

Temperatura y energía térmica La energía térmica representa la energía interna total de un cuerpo: la suma de sus energías moleculares, potencial y cinética.

Temperatura y energía térmica Cuando dos objetos con diferentes temperaturas se ponen en contacto térmico, se transfiere energía de uno a otro. Se dice que dos objetos están en equilibrio térmico si y sólo si tienen la misma temperatura.

Temperatura y energía térmica El calor se define como la transferencia de energía térmica debida a una diferencia de temperatura. El calor solo se da cuando se transfiere energía de un lugar a otro.

La cantidad de calor Una caloría (cal) es la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de 1,0 g de agua 1,0 ºC. Una kilocaloría (kcal) es la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de 1,0 kg de agua 1,0 ºC. 1 kcal = 1 000 cal Una unidad térmica británica (Btu) es la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de 1,0 lb de agua 1,0 ºF

Equivalencias de Unidades de calor 1 cal = 3,968 x 10-3 Btu 1 Btu = 1 055 J 1 J = 0,2389 cal 1 Btu = 252 cal 1 J = 9,478 x 10-4 Btu 1 Btu = 778 lb.pie caloría dietética = C = 103 cal = 1,0 kcal 1 kcal = 1 000 cal Equivalente mecánico del calor: 1 cal = 4,186 J

La capacidad calorífica La capacidad calorífica C es la cantidad de calor necesario para elevar la T de una sustancia 1,0 grado. Unidades: J/°C cal/°C Btu/ºF

Calor específico El calor específico c de una sustancia es la cantidad de calor necesaria para elevar 1,0 grado la temperatura de una unidad de masa: Calor Calor específico Unidades: J/kg.°C cal/g.°C Btu/lb.ºF

Calor específico El agua posee el calor específico más alto de todas las sustancias: Cagua = 4 186 J/kg.ºC = 1,0 cal/g Si se agrega Q al sistema Si se quita Q al sistema T aumenta y Q > 0 y T > 0 T disminuye y Q < 0 y T < 0

La conservación de la Energía Principio de equilibrio térmico: siempre que dos o más cuerpos o sustancias se coloquen juntos en un sistema aislado, con el tiempo alcanzarán la misma temperatura. La dirección de transferencia de energía térmica siempre es de los cuerpos calientes a los fríos: Tmayor  Tmenor

La conservación de la energía Conservación de la energía térmica: El calor que pierde el cuerpo caliente es igual al calor que gana el cuerpo frío:

Ejemplo de conservación de la energía Se agrega Q a una sustancia o material hasta cierta To se introduce en un calorímetro con agua hasta alcanzar el equilibrio térmico (TF). Ocurre un proceso adiabático ( Q = 0)  Energía se conserva en el sistema. Despreciando la capacidad calorífica del recipiente: ms = masa de la sustancia cs = calor específico de la sustancia Tf = temperatura de equilibrio del sistema Tos = Temperatura inicial de la sustancia ma = masa del agua ca = calor específico del agua Toa = Temperatura inicial del agua

Ejemplo de conservación de la energía Considerando la capacidad calorífica del recipiente: mcal= masa del calorímetro ccal = calor específico del calorímetro Tf = temperatura de equilibrio del sistema Tocal = Temperatura inicial del calorímetro

Cambio de fase y Calor Latente El calor latente de fusión Lf de una sustancia es el calor por unidad de masa necesario para cambiar la sustancia de la fase sólida a la líquida, a su temperatura de fusión. Unidades: J/kg cal/g Btu/lb  El calor latente de vaporización Lv de una sustancia es el calor por unidad de masa necesario para cambiar la sustancia de líquido a vapor, a su temperatura de ebullición. Unidades: J/kg cal/g Btu/lb 

Para una sustancia dada: Lv >> Lf Lf agua = 80 cal/g = 3,33x105 J/kg = 144 Btu/lb Lv agua = 540 cal/g = 2,26x106 J/kg = 970 Btu/lb Para una sustancia dada: Lv >> Lf

Gráfica de T vs Q para 1,0 g de hielo, inicialmente a –30 ºC, que se convierte en vapor de agua a 120 ºC

Calor de combustión El calor de combustión es la cantidad de calor por unidad de volumen o de masa cuando una sustancia se quema completamente.

Conceptos clave Calor Caloría Unidad térmica británica Equivalente mecánico del calor Capacidad calorífica calor específico Conservación de la energía calorífica Fusión Punto de fusión Calor latente de fusión Vaporización Punto de ebullición Calor latente de vaporización Condensación Congelación Sublimación Calor de combustión

Resumen de ecuaciones y Equivalencias 1 Btu = 252 cal = 0,252 kcal 1 Btu = 778 ft•lb 1 cal = 4,186 J 1 kcal = 4 186 J