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B2Efectos del calor en

diferentes materiales

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No todas las sustancias aumentan su temperatura de igual manera al recibir la misma cantidad de calor. Por ejemplo, si se tienen dos canicas de las mismas dimensiones, una de vidrio y otra de hierro, a temperatura ambiente y se desea que alcancen una temperatu-ra de 100 °C, la canica de hierro deberá ser sometida a una llama aproximadamente el doble de tiempo que la canica de vidrio. Esto quiere decir que, para aumentar su temperatura, a una canica de hierro se le debe transferir una mayor cantidad de calor o energía que a una de vidrio.

Calor especí� co

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Calor especí� co

La capacidad calorí� ca, C, se de� ne como la razón entre el calor suministrado a un objeto y su incremento de temperatura ΔT .

C =QΔT

El calor especí� co, Ce es la cantidad de calor necesario para que un objeto de una unidad de masa aumente su temperatura un grado Celsius.

Ce =Cm=

QΔTm

=Q

mΔT

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Calor cedido y absorbido por los cuerpos

Cuando dos cuerpos con diferente temperatura se encuentran en contacto térmico, el calor � uye del cuerpo de mayor al de me-nor temperatura hasta que éstas se igualan. La temperatura de equilibrio es el valor de la temperatura cuando los cuerpos, que se encuentran en contacto térmico, han alcanzado el equilibrio térmico.

Al realizar experimentos con diferentes materiales y ponerlos en contacto se han hecho las siguientes observaciones:

1. Ya que la energía térmica se conserva, el calor cedido (Q2) por los cuerpos calientes debe ser igual al calor ganado (Q1) por los cuerpos fríos. Esto es Q1 = −Q2.

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Calor cedido y absorbido por los cuerpos

2. Si las masas y calores especí� cos de los objetos en contacto son iguales, la temperatura de equilibrio será el promedio de sus temperaturas iniciales.

3. Si las masas son iguales y los calores especí� cos son diferen-tes, la temperatura de equilibrio estará más cerca de la tem-peratura del objeto con mayor calor especí� co.

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Calor cedido y absorbido por los cuerpos

Estas observaciones se resumen en la siguiente expresión matemática:

( ) ( )− = − −1 1 1 2 2 2m C T T m C T Te e e e

Donde, m1,T1 y Ce1 representan respectivamente la masa, temperatura y calor especí� co del primer objeto antes de ponerlo en contacto térmico con el segundo, y m2, T2 y Ce2,corresponden con la masa, temperatura y calor especí� co del segundo objeto antes de po-nerlo en contacto con el primero. Mientras que Te representa la temperatura de equilibrio alcanzada por ambos objetos después del contacto. De la ecuación anterior al despejar Te

encontramos:

=++

1 1 1 2 2 2

1 1 2 2T m C T m C T

m C m Cee e

e e

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Cambios de estado

Se denomina cambio de estado a la transformación de la materia entre varios estados de agregación sin que ocurra un cambio en su composición.

Los tres estados básicos son el sólido, líquido y gaseoso. En la � gura se mues-tran los nombres de cambios de estado y los estados básicos.

Condensación (Licuación)So

lidi� c

ación

Fusió

n

Sublimación

Sublimación inversa

VaporizaciónLíquido Gas

Sólido

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Cambios de estado

Cuando a un cuerpo se le agrega calor hasta alcanzar un punto de cambio de estado, el calor que recibe en adelante se emplea en cambiar el estado, no en aumentar su temperatura. Llamamos calor latente al calor que hay que suministrar o quitar a un cuer-po para que cambie de estado una vez alcanzada la temperatura adecuada.

El calor latente de una sustancia es una magnitud que se obtiene como el cociente entre la cantidad de calor que absorbe o cede un cuerpo para cambiar de estado y su masa, es decir, =L Q

m . Las unidades de calor latente en el SI son kcal/kg.

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Dilatación

Al producir un cambio en la temperatura de un objeto, se altera la energía de las partículas que lo componen, de modo que la amplitud de sus vibraciones aumenta o disminuye. Esto produce variaciones en el tamaño del objeto en cuestión: se dilata cuando su temperatura aumenta y se contrae cuando su temperatura disminuye.

La dilatación lineal es el cambio en la longitud de un sólido por efecto de un cambio en su temperatura.

El cambio en la temperatura, ΔT =T −T0 , es proporcional al cambio en la longitud, ΔL = L− L0 ,es decir,

L = L0(1 +αΔT )

donde α es la constante de dilatación lineal, la cual depende del material.

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Dilatación

La dilatación super� cial es el cambio en el área de un objeto por efecto de un cambio en su temperatura.

La dilatación super� cial es directamente proporcional al cambio de su temperatura, esto es,

β= + ∆A A T  (1 )0

donde A0 es el área inicial, A el área � nal, ΔT el cambio en la tem-peratura y β α= 2 .

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Dilatación

La dilatación volumétrica es el cambio en el volumen de un ob-jeto por efecto de un cambio en su temperatura.

Podemos generalizar los conceptos vistos en las dos secciones an-teriores y encontrar que la dilatación volumétrica de un material es proporcional al cambio de su temperatura y, de manera aná-loga, a la dilatación lineal y super� cial, la ecuación para dilatación volumétrica es:

γ= ∆V V T(1 + )0

donde γ representa el coe� ciente de dilatación volumétrica.

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