3.- Cantidad de Calor

8/17/2019 3.- Cantidad de Calor

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Universidad Técnica Federico Santa María Academia de Ciencias Aeronáuticas

Ingeniería en Aviación Comercial Eduardo Barriga Schneeerger Termodinámica

Clase ! Cantidad de Calor

CANTIDAD DE CALOR


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CANTIDAD DE CALOR

" #ilatación de los cuer$os

" Cantidad de calor

" Transmisión del calor

" %aturale&a del calor

" Camios de estado

" 'a atmós(era

" )rimer )rinci$io de la Termodinámica

" *as )er(ecto+*as ,eal

" Segundo )rinci$o de la Termodinámica" Má-uinas térmicas


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CALOR

El calor es la trans(erencia de energía entre di(erentes cuer$os odi(erentes &onas de un mismo cuer$o -ue se encuentran a distintastem$eraturas.


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FLUJO DE CALOR

El calor no corres$onde a una $ro$iedad inherente al sistema. El calor no sealmacena/ es energía en tránsito. #e acuerdo a la convención actual seconsidera0 $ositivo el calor reciido $or el sistema1 2 negativo el calor cedido $orel sistema.

Calor 2 Traa3o son una (orma de trans(erir energía 2 no son almacenadas1 eserróneo halar de calor o traa3o contenidos en un cuer$o o sistema. 'a energía

se almacena en sus (ormas cinética/ $otencial e interna/ las cuales residen eno3etos materiales 2 e4isten $or la $osición/ con(iguración 2 movimiento de lamateria. 'as trans(ormaciones de la energía de una (orma a otra 2 sutrans(erencia de un lugar a otro ocurren $or los mecanismos de calor 2 traa3o.


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CALORÍA

Se de(ine la caloría como la cantidad de energía calorí(ica necesaria $araelevar un grado Celsius la tem$eratura de un gramo de agua $ura/ desde

56/7 8C a 57/7 8C/ a una $resión normal de una atmós(era.Una caloría 9cal: e-uivale e4actamente a 6/5;ilocaloría 9>cal: es e4actamente 6/5;ilo3ulios 9>=:.

'a caloría 9símolo cal: es una unidad de energía 2a en desuso/ asada en elcalor es$ecí(ico del agua. Aun-ue en el uso cientí(ico actual/ la unidad de

energía es el 3ulio 9del Sistema Internacional de Unidades:/ $ermanece el usode la caloría $ara e4$resar el $oder energético de los alimentos.

)rolema 5 ?Cuántas calorías se necesitan $ara calentar 7@@g de agua desde @8C hasta 5@@8C

cal cal xQ 000.4050080 ==

En general/ cuando un cuer$o gana cal/ a la cantidad de calor se le asigna signo $ositivo1 si la$ierde/ signo negativo.


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Si se tienen dos masas de agua/ 2 a una se le entregan una cantidad de calor cal/ 2 a la otra cal/ esta Dltima e4$erimentará un aumento de tem$eratura del dole -ue e4$erimenta el $rimero.

Esto no sucede sólo con el agua/ si no tamién con masas iguales de una misma sustanciacual-uiera.

En general0

5. Las cantidades de calor entregadas, o quitadas, a asas iguales de sustancias iguales,

son directaente !ro!orcionales a las "ariaciones de te!eratura#

CALOR E$%ECÍFICO

9masas iguales de sustancias iguales:'

'

T

Q

T

Q

∆=

∆


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Si se tienen dos masas de agua distintas/ 2 se les entrega una cantidad de calor $ara -ue amase4$erimenten el mismo aumento de tem$eratura. 'a cantidad de calor -ue se necesita estará en$ro$orción a su masa de agua.

Esto no sucede sólo con el agua/ si no tamién con masas distintas de una misma sustanciacual-uiera.

En general0

. Las cantidades de calor entregadas, o quitadas, a asas distintas de una isa

sustancia !ara !roducir igual "ariaci&n de te!eratura, son directaente !ro!orcionales alas asas#

CALOR E$%ECÍFICO

'

'

m

Q

m

Q= 9sustancias 2 T iguales:


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#e las conclusiones anteriores se tiene -ue si a cuer$os de una misma sustancia/ de masasdistintas/ m/ m 2 m/ se les entrega una cantidad de calor cual-uiera/ / 2 / se $roducen

aumentos de tem$eratura T/ T 2 T/ tales -ue las cantidades de calor están en $ro$orción conlos $roductos de cada masa $or su aumento de tem$eratura0

CALOR E$%ECÍFICO

ccteT m

Q

T m

Q

T m

Q==

∆⋅=

∆⋅=

∆⋅ ''''

''

''

'

El cociente anterior re!resenta la cantidad de calor que es necesario entregar a ' g de unasu(stancia !ara que su te!eratura se ele"e en ' )C* este cociente es el calor es!ecí+ico dela sustancia#

T m

Qc

∆⋅=

Calor es!ecí+ico de una su(stancia es el cociente entre la cantidad de calor que se leentrega el !roducto de su asa !or el auento de te!eratura !ro"ocado !or dic-acantidad de calor#


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CALOR E$%ECÍFICO

Calores es$ecí(icos 9cal+ g GC: dealgunas sustancias0

" Aluminio @.<" Bronce @.@;;" Core @.@H!" ielo @.7!" ierro @.55" )lomo @.@!

" Jidrio @.57" Kinc @.@H!" Agua 5" Agua salada @.H7" Mercurio @.@!!" Alcohol @.<


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CANTIDAD DE CALOR

#e la de(inición de calor es$ecí(ico se tiene0

T mcQ ∆⋅⋅=

'a cantidad de calor -ue un cuer$o recie o cede se calcula multi$licando el calor es$ecí(ico $or lamasa 2 $or la variación de tem$eratura.

)rolema . ?ué cantidad de calor cede un tro&o de aluminio de >g -ue está a la tem$eraturade de 6@@ 8C si se en(ría a 7@ 8C

C g cal c Al °

= 21.0C C C T °−=°−°=∆ 35040050

( )

cal Q

C g

C g

cal Q

T mcQ

000,147

35020021.0

=

°−⋅⋅

°

=

∆⋅⋅=


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TE.%ERATURA FINAL DE UNA .E/CLA

Un reci$iente térmicamente ien aislado 9de él no entra ni sale calor: contiene @@ g de agua a L8C. Se introduce un tro&o de latón a de ;H g a la tem$eratura de 5@@ 8C. 'uego de un tiem$o ellatón 2 el agua estarán a la misma tem$eratura/ intermedia entre L 8C 2 5@@ 8C. ?Cuál es esatem$eratura

En el reci$iente ocurre lo siguiente0

" El latón se en(ría cediendo 5 calorías.

" El agua se calienta reciiendo calorías.

" Cuando las tem$eraturas del agua 2 del latón se igualan cesa el intercamio de calor.

" El reci$iente está aislado/ luego0 5N.

Sea0

" m50 masa de del latón N ;H g

" c50 calor es$ecí(ico del latón N @.@


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En este caso0

)ara nuestro caso0

( )1111 T T mcQ −= ( )2222 T T mcQ −=

21 QQ =−

( ) ( )222111

T T mcT T mc −=−−'uego0

#es$e3ando T0

2211

222111

mcmc

T mcT mcT

+

+=

C C T °≅°⋅+⋅

⋅⋅+⋅⋅= 9.29

200189067.0

27200110089067.0


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En este caso0

Este resultado es im$ortante/ $ues nos seOala -ue la tem$eratura de e-uilirio es el $romedio

de las tem$eraturas. Esto sólo es así cuando se me&clan masas iguales de sustancias iguales.

( )1111 T T mcQ −= ( )2222 T T mcQ −=

21 QQ =−

( ) ( )222111

T T mcT T mc −=−−'uego0

Finalmente0

)rolema !. Se me&clan 5@@ g de agua a


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En este caso0

El $rocedimiento anterior $uede em$learse de la misma (orma cuando se trata de más de dos

cuer$os. Sea $or e3em$lo el siguiente $rolema.

Un reci$iente de latón de /@@@ g contiene @@ g de agua/ los dos a !@ 8C. Se introduce un tro&o

de hierro de 5/@@@ g a @@ 8C. Calcular la tem$eratura de e-uilirio.

321 QQQ +=−

'uego0

CASP #E MQS CUE,)PS

En este caso/ el calor $erdido $or el hierro 9 5: será igual a la suma del calor ganado $or el

reci$iente 9: más el calor ganado $or el agua 9!:.

332211

333222111

mcmcmc

T mcT mcT mcT

++

++=


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Si se conoce la tem$eratura de e-uilirio se $odría calcular el calor es$ecí(ico de una

sustancia si se conoce el de las otras. aría -ue des$e3ar c en lugar de T.

ME#ICIR% #E' CA'P, ES)ECFICP

( )

( )T T m

T T mcc

−

−=

22

1112

)rolema 6. 6@@ g de mercurio a


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TE.%ERATURA FINAL DE UNA .E/CLAME#ICIR% #E' CA'P, ES)ECFICP

)rolema 7. Se tienen varias olitas del mismo volumen $ero de distinto material0 hierro/ core/estaOo/ aluminio/ $lomo/ ní-uel/ oro 2 $latino. Se las calienta a la misma tem$eratura/ 2 luego selas de3a sore una $lancha de cera donde se hunden/ $ues (unden la cera -ue las a$o2a. Con laa2uda de una tala de calores es$ecí(icos determinar en orden decreciente cuáles se hunden más.


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CALORE$ E$%ECÍFICO$ DE LO$ 0A$E$

Un gas se $uede calentar de distintas maneras. Se le $uede entregar calor manteniendo constante el

volumen/ $or lo -ue la $resión aumenta. P se le $uede mantener constante la $resión/ $or lo -ue el

volumen aumenta.

Si se $roduce la $rimera/ se otiene el calor es!ecí+ico a "oluen constante. #e la segunda manera/

se tiene el calor es!ecí+ico a !resi&n constante.

Amos calores es$ecí(ico son distintos/ 2 siem$re es ma2or el calor es$ecí(ico a $resión constante.

El calor es$ecí(ico a volumen constante 9cv: es el cociente entre la cantidad de calor entregado a un

gas/ a volumen constante/ 2 el $roducto de su masa $or su variación de tem$eratura. ,e$resenta la

cantidad de calor -ue es necesario darle a 5 g del gas $ara -ue/ manteniendo constante su volumen/

su tem$eratura aumente en 5 8C.

El calor es$ecí(ico a $resión constante 9c$: es el cociente entre la cantidad de calor entregado a unagas/ manteniendo constante su $resión/ 2 el $roducto de su masa $or la variación de la tem$eratura.

,e$resenta la cantidad de calor -ue es necesario entregar a 5 g del gas $ara -ue/ manteniendo

constante su $resión/ su tem$eratura aumente en 5 8C.


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CALORE$ E$%ECÍFICO$ DE LO$ 0A$E$

'a di(erencia entre amos calores es$ecí(icos se dee a -ue el calor/ como (orma de energía/ da al gas

la ca$acidad de traa3ar. Si el calentamiento se hace a volumen constante/ el gas no traa3a. Si se le

hace a $resión constante/ una $arte del calor entregado se em$lea en traa3ar 9aumentar su volumen$or e3em$lo des$la&ando la ta$a del reci$iente -ue lo contiene:. #e este modo/ $ara elevar su

tem$eratura en 5 8C ha2 -ue dar más calor -ue si su volumen $ermanece constante.

)rolema


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CALOR

Traa3o de gru$o. E4$licar mecanismo de (renado deaviones comerciales/ $rueas de certi(icación sistemasde seguridad/ etc.


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CALOR

htt$0++.2outue.com+atchvNlUMuP2MT;


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I i í A i ió C i lEduardo Barriga Schneeerger Termodinámica

Cl ! C tid d d C l

CALORTime

" For airlines/ time is mone2/ and shorter turn times generateim$roved $ro(itailit2. I( E*TS 9Electric *reen Ta4iing S2stem:adds cooling time to a turn/ it ma2 give ac> the savings itachieves in loer (uel urn through sloer turns." The E*TS ma2 not/ itsel(/ generate that much heat. But an2additional heat introduced to the heel and ra>e area/ ithoutadditional cooling/ could e $rolematic." Airlines ant to get rid o( heel heat as (ast as the2 can.Vh2 Because the2 ant to save time." Airlines sell schedule i( nothing else. That has resulted in Airus ma>ing its aircra(t more e((icient 2 adding hu (ans (or(aster cooling o( ra>es. E*TS located in the air(lo must loer

the e((ectiveness o( these (ans." Vhat is the cost (or an airline It is a rule o( thum that anWairline minuteX is orth eteen Y5@@57@." Bra>e cooling could e a limiting (actor (or E*TSenaledaircra(t/ as the2 could $otentiall2 s$end more time aiting (orra>es to cool than those ithout the E*TS s2stem. There(oreaircra(t ith this s2stem cannot e turned (aster than an aircra(tithout the s2stem." The -uestion is hether the eta4i s2stem ill result in a rise

again in tem$eratures as the aircra(t ta4is out (or its ne4t (light. As e havent seen the (inal details/ it is di((icult to tell. But it iscertain that adding electric motors ad3acent to ra>es othgenerates more heat in a con(ined s$ace/ and disru$ts the $ath(or cooling air(lo.

htt$s0++.2outue.com+atchvNd)>vI=ZBt@

3.- Cantidad de Calor

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