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CALOR

TEMA 6

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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

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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

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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

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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

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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

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Escalas de temperatura

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Cambios de estado

• Ejemplos

SÓLIDO LÍQUIDO GASfusión evaporación

solidificación condensación

sublimación

Sublimación inversa

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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.

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EFECTOS DEL CALOR SOBRE LOS CUERPOS

1.- Cambio de temperatura

2.- Cambio de estado

3.- Cambio de tamaño

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1.- CAMBIO DE TEMPERATURA

• LABORATORIO 2

• 1) Experimento: calentar distintas cantidades de agua y alcohol y medir cómo varía la temperatura.

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1.- CAMBIO DE TEMPERATURA (LABORATORIO 2)

• 2) Resultados

100 mL agua 300 mL agua 100 mL alcohol

Temper Tiempo Temper Tiempo Temper Tiempo

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1.- CAMBIO DE TEMPERATURA (LABORATORIO 2)

• 3) Gráfica temperatura-tiempo (papel con cuadros o

milimetrado)

Temperatura

(ºC)

tiempo

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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)

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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 KgKJ

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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

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2.- CAMBIO DE ESTADO

• ¿Qué sucede al calentar un cubito de hielo hasta 110ºC?

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2.- CAMBIO DE ESTADO• 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.

12 2 1

12 2 1

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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.

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2.- CAMBIO DE ESTADO

• Gráfica temperatura-tiempo

tiempo

temperatura

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2.- CAMBIO DE ESTADO

• Gráfica temperatura-tiempo

tiempo

temperatura

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2.- CAMBIO DE ESTADO

• Factores que influyen en el cambio de estado:

–Cantidad de sustancia, m

–Sustancia, CL

• Q = m CL

–CL : Calor latente

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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

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

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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)

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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

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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.

11C

CCm

m

tlo

l ooo

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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

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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↓

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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)

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RELACIÓN ENTRE ENERGÍA, CALOR Y TRABAJO

• EFECTO JOULE • Equivalencia entre calor, trabajo y energía:

Epg= W• W= Q

• Ejercicios 64 y 66 página 151

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MÁQUINAS TÉRMICAS

• Combustión externa: máquina de vapor

• Combustión interna: motor de explosión

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Combustión externa

• Energía interna (carbón) QEnergía interna (vapor de agua) W Energía cinética (rueda)

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James Watt

• Mejora la máquina de Newcomen

• 1736, Escocia- 1819, Reino Unido

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Combustión interna

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

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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.

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MÁQUINAS TÉRMICAS

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NeveraEl 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).

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TRANSMISIÓN DE CALOR

• CONDUCCIÓN

• CONVECCIÓN

• RADIACCIÓN

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CONDUCCIÓN

• Sólidos

• No transporta materia

• Justificación: movimiento de vibración de las partículas (Ec de las partículas)

• Clasificación de los materiales– Conductores– Aislantes

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CONVECCIÓN

• Líquidos y gases

• Se transporta materia

• Las partículas se desplazan de las zonas más calientes a la zona más fría

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CONVECCIÓN

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RADIACCIÓN

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

44

• Ejercicios 74 y 75