tema 6 transferencia de energía 2 (calor y radiación)

TRANSFERENCIA DE ENERGÍA: TRABAJO, CALOR

Y RADIACIÓN

1. QUÉ ES LA ENERGÍA Y CÓMO SE MIDE.2. TRANSFERENCIA DE ENERGÍA. PRINCIPIO DE CONSERVACIÓN.3. LA ENERGÍA MECÁNICA.4. EL TRABAJO MODIFICA LA ENERGÍA MECÁNICA. POTENCIA.5. ENERGÍA TÉRMICA, CALOR Y OTROS CONCEPTOS RELACIONADOS.6. EFECTOS DEL CALOR. CALORIMETRÍA.7. MAQUÍNAS TÉRMICAS.8. LAS ONDAS TRANSFIEREN ENERGÍA.

5. ENERGÍA TÉRMICA, CALOR Y OTROS CONCEPTOS

INTRODUCCIÓN.

Los fenómenos térmicos y caloríficos forman parte de los

fenómenos físicos cotidianos. Es sabido que calor y temperatura son sustantivos que están incorporados al lenguaje popular y que raramente

son utilizados de una forma científicamente correcta.

Frecuentemente se identifican o bien se utilizan en definiciones circulares en las que uno hace referencia directa al otro como

sinónimo. Ese es el error que se comete al afirmar que la

temperatura "mide el calor que hace", o cuando de una persona

que tiene fiebre se dice que "tiene calor", etc...

Otras veces el calor se identifica con algún

ingrediente material de los cuerpos. Por eso se

cierran las ventanas "para que no se vaya el calor", o

las calorías se utilizan como medida del aporte no deseable de materia, "lo que engorda", por

parte de los alimentos a las personas que los

ingieren.


INTRODUCCIÓN.

Los contenidos de esta unidad tratan

sobre los fenómenos térmicos y caloríficos más elementales, definiendo

los conceptos fundamentales que permiten describir tanto correctamente

a estos fenómenos como realizar predicciones cuantitativas acerca de su

desarrollo.


INTRODUCCIÓN.


¿QUÉ ES, Y CÓMO SE MANIFIESTA, LA ENERGÍA TÉRMICA?

TEORÍA CINÉTICA DE LA MATERIA

1.La materia está formada por partículas muy pequeñas que no podemos ver (ÁTOMOS/ MOLÉCULAS).

2. Las partículas están moviéndose continuamente (ENERGÍA CINÉTICA).

3. Entre de las partículas no hay absolutamente nada (VACÍO).

La ENERGÍA TÉRMICA de un cuerpo es la suma de todas las ENERGÍAS CINÉTICAS

de las partículas que lo constituyen.



La temperaturaLa temperatura es una magnitud (algo que

podemos medir) que se relaciona (es

proporcional) con la medida de la velocidad

media con que se mueven las partículas (por lo tanto con su energía cinética o

nivel de agitación).



ENERGÍA TÉRMICA

VELOCIDAD MASA NATURALEZA

PARTÍCULAS QUE CONSTITUYEN LA MATERIA

Los sistemas materiales pueden intercambiar energía en forma térmica(CALOR)

El intercambio energético en forma de CALOR se produce entre

sistemas a distinta temperatura


CALOR Y TEMPERATURA. EQULIBRIO TÉRMICO



El CALOR es la transferencia de energía que tiene lugar desde un cuerpo caliente (mayor temperatura) a otro frío (menor temperatura) al ponerse en contacto.



Los termómetros funcionan gracias al equilibrio térmico

La TEMPERATURA es la magnitud que miden los

termómetros.



Anders Celsius

Daniel Gabriel Farenheit



grados F = (9/5) x grados C+32

grados K = 273 + grados C



En 1714, el físico alemán Daniel Gabriel Fahrenheit, termómetro de mercurio de por medio, creó una escala de temperaturas y estableció tres puntos fijos. Su idea fue que el punto cero de la escala

fuera lo más bajo posible. Para ello mezcló hielo, agua y cierto tipo de sal, para hacer disminuir la temperatura de la mezcla hasta el valor mínimo que se podía conseguir con esos elementos.

Esa temperatura se convirtió en el grado 0 de su escala. Después, tomó la temperatura de un cuerpo humano sano y lo asignó como el punto superior de su escala, estableciéndola en 96 grados. Sin embargo años más tarde se descubrió que la temperatura de un humano sano es aproximadamente 2,5 grados superior a lo que él había establecido de forma

arbitraria.El tercer punto fijo lo obtuvo calculando el punto de congelación del agua y descubrió que era de 32

grados. Más adelante aplicó esta escala al punto de ebullición del agua, y obtuvo una temperatura de 212 grados a nivel del mar. Esa temperatura fue propuesta por Fahrenheit como el límite superior de la

nueva escala.

La diferencia entre el punto de ebullición y el punto de congelación del agua en la escala Fahrenheit es de 180 grados (212 grados menos 32 grados). Pero en la escala Celsius es de 100 grados. Por lo

tanto, la proporción entre las dos escalas es 180/100 o, si se simplifica, 9/5.La conversión de grados Celsius a grados Fahrenheit se obtiene multiplicando la temperatura en

Celsius por 1,8 (9/5) y sumando 32.



El kelvin es la unidad de temperatura de la escala creada por William Thomson en el año 1848, sobre la base del grado Celsius, estableciendo el punto cero en el cero absoluto

(−273,15 °C) y conservando la misma dimensión. Se toma como la unidad de temperatura en el Sistema Internacional de Unidades y se

corresponde a una fracción de 1/273,16 partes de la temperatura del punto triple del agua. Se representa con la letra "K", y nunca "°K". Además, su nombre no es el de "grado

kelvin", sino simplemente "kelvin"; no se dice "19 grados Kelvin" sino "19 kelvin" o "19 K".Coincidiendo el incremento en un grado Celsius con el de un kelvin, su importancia radica en el 0 de la escala: a la temperatura de 0 K se la denomina cero absoluto y corresponde al

punto en el que las moléculas y átomos de un sistema tienen la mínima energía térmica posible. Ningún sistema macroscópico puede tener una temperatura inferior. A la

temperatura medida en Kelvin se le llama "temperatura absoluta“.



El punto triple es aquel en el cual coexisten en equilibrio el estado sólido, el estado líquido y el estado gaseoso de una sustancia. Se

define con una temperatura y una presión de vapor.El punto triple del agua, por ejemplo, está a 273,16 K (0,01°C) y a una

presión de 611,73 Pa ITS90. Esta temperatura, debido a que es un valor constante, sirve para calibrar las escalas Kelvin y Celsius de los

termómetros de mayor precisión.única combinación de presión y temperatura a la que el agua, hielo y vapor de agua pueden coexistir en un equilibrio estable se produce exactamente a una temperatura de 273.1598 K (0.0098 ° C) y a una

presión parcial de vapor de agua de 611,73 pascales (6,1173 milibares, 0,0060373057 atm). En ese momento, es posible cambiar el

estado de toda la sustancia a hielo, agua o vapor arbitrariamente haciendo pequeños cambios en la presión y la temperatura.


CALOR ESPECÍFICO

El calor específico (ce) de una sustancia es la cantidad de energía que hay que proporcionar a 1kg de dicha sustancia para elevar su

temperatura 1K

El calor específico del

agua es de 4180 J/KgK

El calor específico del hierro es de 460 J/KgK

Sustancia Calor específico (J/kg·K)

Acero 460

Aluminio 880

Cobre 390

Estaño 230

Hierro 450

Mercurio 138

Oro 130

Plata 235

Plomo 130

Sodio 1300


CALOR ESPECÍFICO

Qce = ----------------- m · (t2 – t1)

Se utiliza para determinar la capacidad calorífica específica de las sustancias


CALORÍMETRO


CÁLCULO ENERGÍA CALORÍFICA

Q = m · c · (t2 – t1)

Energía calorífica (calor) = J ; Masa = kg ; Temperatura = K ; Calor específico = J/kg K

1. LA VARIACIÓN DE TEMPERATURA DEPENDE DE LA MASA DEL CUERPO.2. LA VARIACIÓN DE TEMPERATURA DEPENDE DE LA SUSTANCIA (Ce).3. LA CANTIDAD DE CALOR TRANSFERIDA ES PROPORCIONAL A LA VARIACIÓN DE

TEMPERATURA.

6. EFECTOS DEL CALOR. CALORIMETRÍA

EL CALOR Y LOS CAMBIOS DE ESTADO

EN LOS CAMBIOS DE ESTADO NO

VARÍA LA TEMPERATURA



En algunas circunstancias, cuando se aporta energía calorífica a un cuerpo, este no aumenta su temperatura, sino que esa energía se invierte en modificar las fuerzas que unen

unas moléculas con otras, provocando que la materia cambie su estado de agregación.



CALOR LATENTE (L)

Es la cantidad de energía térmica que se transfiere a un kilogramo de masa de una sustancia pura

para cambiar su estado, a una presión determinada

y a la temperatura de cambio de estado.

Q = m · Lf Q = m · Lv


CALORIMETRÍA

ENERGÍA CALORÍFICA CEDIDA = ENERGÍA CALORÍFICA ABSORBIDA(materia a mayor T) (materia a menor T)

m · c · (t equilibrio – t1 ) = m · c · (t equilibrio – t1)

CÁLCULO TEMPERATURA DE EQUILIBRIO TÉRMICO

7. MÁQUINAS TÉRMICAS

Son dispositivos que pueden transformar la energía térmica en otras formas de energía, como la eléctrica o la mecánica. El calor necesario para conseguir que funcione una máquina térmica procede, generalmente, de la combustión de un

combustible. Dicho calor es absorbido por un fluido que, al expandirse, pone en movimiento las distintas piezas de la máquina.


TRABAJO (w)RENDIMIENTO = ------------------------------ X 100 CALOR (Q)

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