PPTCES009CB32-A16V1 Clase Calor II: mezclas y cambios de fase.

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1 PPTCES009CB32-A16V1 Clase Calor II: mezclas y cambios de fase

2 Resumen de la clase anterior CALOR Se propaga por Sólidos Fluidos Vacío Mediante Conducción Mediante Convección Mediante Radiación Es Energía en tránsito Puede ser Absorbido Liberado Produciendo Disminución de temperatura Produciendo Aumento de temperatura Puede producir Se expresa mediante Puede producir Contracción Kelvin Escalas termométricas Celsius Dilatación Fahrenheit

3 Aprendizajes esperados Comprender la relación entre el calor absorbido y la variación de temperatura experimentada por un cuerpo, mediante los conceptos de capacidad calórica y calor específico. Comprender el concepto de equilibrio térmico. Comprender de manera cualitativa la ley de enfriamiento de Newton. Reconocer las distintas fases de la materia, y las variables que influyen para producir el cambio de fase. Aplicar el concepto de calor latente y las leyes del cambio de fase a situaciones sencillas de la vida cotidiana. Aplicar los conceptos vistos a la solución de problemas.

4 En la figura se representan dos cuerpos, P y R, del mismo material y de igual masa, que inicialmente estaban a diferente temperatura. Luego se pusieron en contacto térmico entre sí, en un sistema aislado S. La temperatura inicial de P era 50 ºC. Si ambos cuerpos alcanzaron el equilibrio térmico a 20 ºC, es correcto afirmar que I) R disminuyó su temperatura en 30 ºC. II) R inicialmente tenía una temperatura de –10 ºC. III) R aumentó su temperatura en 30 ºC. A) Solo I B) Solo II C) Solo III D) Solo I y II E) Solo II y III Pregunta oficial PSU Fuente : DEMRE - U. DE CHILE, proceso de admisión 2014, módulo común.

5 1.Capacidad calórica y calor específico 2.Equilibrio térmico 3.Ley de enfriamiento de Newton 4.Principio calorimétrico de mezclas 5.Cambios de fase 6.Roce y calor Págs.: 167 - 186 Cap. 6

6 1.Capacidad calórica y calor específico 1.1 Definición Capacidad calórica Es la cantidad de calor que un cuerpo debe absorber o ceder para elevar o disminuir, respectivamente, su temperatura en 1 [ºC]. La capacidad calórica se designa por C y es característica de cada cuerpo. Mientras mayor sea la capacidad calórica del cuerpo, más costará calentarlo o enfriarlo. Se calcula como: Sus unidades son: La capacidad calórica de la piscina es mucho mayor que la del vaso con agua. ¿Qué posee mayor capacidad calórica: el vaso con agua o la piscina con agua? Pág. 168 Cap. 6

7 1.Capacidad calórica y calor específico 1.2 Definición Calor específico Se define como la capacidad calórica por unidad de masa. Es característica de cada material y se calcula como: Sus unidades son: ¿Qué posee mayor calor específico, el agua del vaso o el agua de la piscina? El calor específico del agua es: 1 [cal/g °C] Ambas poseen el mismo calor específico, pues son el mismo material; agua.

8 21. Si el calor específico del acero es 0,12, la cantidad de calor necesaria para que 400 [g] de acero pasen de 20 [°C] a 100 [°C] es A)3.840 [cal] B)4.350 [cal] C)4.520 [cal] D)4.800 [cal] E)5.500 [cal] Ejercicio Ejercicio 21 guía Calor II: mezclas y cambios de fase A Aplicación

9 2.1 Definición Al aislar dos cuerpos a distinta temperatura, fluirá calor desde el cuerpo más caliente (quien cederá calor, enfriándose) hacia el cuerpo más frío (quien absorberá calor, calentándose) hasta que sus temperaturas se igualen; cuando esto suceda, el sistema se encontrará en equilibrio térmico. 2.Equilibrio térmico Calor Pág. 169 Cap. 6

10 3.1 Definición Un cuerpo con una temperatura diferente a la del ambiente en el que se encuentra termina, irremediablemente, alcanzando la temperatura de su entorno. 3. Ley de enfriamiento de Newton Ley de enfriamiento de Newton Si la diferencia entre la temperatura de un cuerpo y la del ambiente en el que se encuentra no es demasiado grande, la temperatura del cuerpo cambia a una velocidad que es proporcional a dicha diferencia. Pág. 171 Cap. 6

11 3.2 Gráfica de enfriamiento - calentamiento La ley de enfriamiento de Newton es una relación empírica y expresa que la cantidad de calor que fluye en la unidad de tiempo hacia el cuerpo, o desde él, es aproximadamente proporcional a la diferencia de temperatura entre el cuerpo y el ambiente. Fíjate en el siguiente gráfico. 3. Ley de enfriamiento de Newton Curva de enfriamiento para un cuerpo que varía su temperatura siguiendo la ley de enfriamiento de Newton A medida que transcurre el tiempo, la rapidez de enfriamiento del cuerpo disminuye, pues la diferencia de temperatura entre el cuerpo y el entorno es menor. Temperatura del ambiente Curva de calentamiento de un cuerpo que varía su temperatura siguiendo la ley de enfriamiento de Newton Esta ley también es válida para el calentamiento de un cuerpo.

12 4. Principio calorimétrico de mezclas 4.1 Definición Al mezclar dos materiales a distinta temperatura en un sistema en donde el calor no pueda entrar ni escaparse hacia el exterior (sistema adiabático), todo el calor cedido por el material a mayor temperatura será completamente absorbido por aquel a menor temperatura. Material más frío. Material más caliente. Pág. 169 Cap. 6

13 5. Un recipiente de capacidad térmica despreciable contiene 100 [g] de agua a una temperatura de 20 [°C]. Si al interior del mismo se vierten 200 [g] de agua a 80 [°C], la temperatura final de la mezcla es A)40 [°C] B)50 [°C] C)60 [°C] D)70 [°C] E)80 [°C] Ejercicio Ejercicio 5 guía Calor II: mezclas y cambios de fase C Aplicación

14 5.1 Fases de la materia 5. Cambios de fase Pág. 175 Cap. 6

15 5.1 Fases de la materia 5. Cambios de fase Evaporación Sublimación Fusión Ebullición Solidificación Condensación

16 1.A una determinada presión atmosférica, los cuerpos solo pueden cambiar de fase a una temperatura bien definida llamada “temperatura crítica” o “punto crítico”; en el caso del hielo, la temperatura a la cual logrará fundirse, es decir, su punto crítico de fusión, es 0 [ºC]. 2.Estando en su punto crítico, para que cada gramo de material pueda cambiar de fase se le debe ceder o extraer una cantidad de calor Q por unidad de masa m, llamada calor latente de cambio de fase “L”. El calor latente de cambio de fase se expresa como: 3.Durante un cambio de fase la temperatura del material permanece constante. En el caso del hielo, al fundirse (a 0 ºC), el agua que se obtiene está a 0 [ºC] ya que, durante todo el proceso de fusión, la temperatura se mantiene constante. 4.El calor latente absorbido o liberado por un cuerpo para cambiar de fase será el mismo que requiera liberar o absorber, respectivamente, para revertir dicho cambio. 5. Cambios de fase 5.2 Leyes del cambio de fase – Calor latente de cambio de fase Pág. 177 Cap. 6

17 Cada vez que frotamos dos superficies entre sí se produce fricción o roce entre ellas, disipándose calor. Esto se debe a que interactúan entre sí los electrones de cada una de las superficies en contacto, produciendo interacciones de tipo electromagnético. La energía así disipada se manifiesta en forma de calor. 6. Roce y calor 6.1 Definición Pág. 186 Cap. 6

18 3. Un trozo de azufre de 200 [g] se encuentra a una temperatura de 119 [°C].Si se le suministran 650 [cal] y el punto de fusión del azufre es 119 [ºC], ¿cuál es la cantidad de masa que se logra fundir? (Considere que el azufre posee un calor latente de fusión de ). A) 25 [g] B) 50 [g] C) 60 [g] D) 100 [g] E) 200 [g] Ejercicio Ejercicio 3 guía Calor II: mezclas y cambios de fase B Aplicación

19 23. Bajo determinadas condiciones, y en el interior de un recipiente herméticamente cerrado, se aplica calor a un cuerpo que se encuentra en estado sólido logrando que sublime, es decir, que pase al estado gaseoso sin pasar por el estado líquido. Entre las características del estado gaseoso está que el material puede fluir libremente, ocupando completamente el volumen que lo contiene. Respecto de esta situación, ¿cuál de las siguientes alternativas es correcta? A) La cantidad de partículas del material aumentó después de experimentar sublimación. B)La cantidad de partículas del material disminuyó después de experimentar sublimación. C) La distancia entre las partículas del material aumentó después de la sublimación. D) La distancia entre las partículas del material disminuyó después de la sublimación. E) Las partículas del material cambiaron sus características químicas después de la sublimación. Ejercicio Ejercicio 23 guía Calor II: mezclas y cambios de fase C Comprensión

20 Pregunta oficial PSU En la figura se representan dos cuerpos, P y R, del mismo material y de igual masa, que inicialmente estaban a diferente temperatura. Luego se pusieron en contacto térmico entre sí, en un sistema aislado S. La temperatura inicial de P era 50 ºC. Si ambos cuerpos alcanzaron el equilibrio térmico a 20 ºC, es correcto afirmar que I) R disminuyó su temperatura en 30 ºC. II) R inicialmente tenía una temperatura de –10 ºC. III) R aumentó su temperatura en 30 ºC. A) Solo I B) Solo II C) Solo III D) Solo I y II E) Solo II y III Fuente : DEMRE - U. DE CHILE, proceso de admisión 2014, módulo común. E Aplicación

21 Tabla de corrección ÍtemAlternativaUnidad temáticaHabilidad 1 A Calor Reconocimiento 2 C Calor Aplicación 3 B Calor Aplicación 4 C Calor Comprensión 5 C Calor Aplicación 6 D Calor Aplicación 7 B Calor Comprensión 8 E Calor ASE 9 C Calor Comprensión 10 E Calor Comprensión 11 E Calor ASE 12 B Calor Aplicación

22 Tabla de corrección ÍtemAlternativaUnidad temáticaHabilidad 13 E Calor Aplicación 14 C Calor Aplicación 15 E Calor Comprensión 16 D Calor Comprensión 17 D Calor Comprensión 18 A Calor Comprensión 19 C Calor Comprensión 20 C Calor Aplicación 21 A Calor Aplicación 22 B Calor Comprensión 23 C Calor Comprensión 24 B Calor ASE 25 B Calor Aplicación

23 Síntesis de la clase CALOR Si se agrega calor Fusión Evaporación - Ebullición Sublimación Cambio de fase Puede producir Cambio de temperatura Si se extrae calor Solidificación Condensación Sublimación inversa Capacidad calórica Capacidad calórica Calor específico Calor específico Calor latente Equilibrio térmico Lleva al

24 Prepara tu próxima clase En la próxima sesión realizaremos el Taller II

25 Propiedad Intelectual Cpech RDA: 186414 ESTE MATERIAL SE ENCUENTRA PROTEGIDO POR EL REGISTRO DE PROPIEDAD INTELECTUAL. Equipo Editorial Área Ciencias: Física