FISICOQUIMICA

Escuela Acadmico Profesional : Ingeniera de Minas Profesora : Ing. Godelia Canchari Silverio Alumno : Gustavo Castillo Roque Cdigo : 14160202

Ao : 2015-1

EL CALOR COMO FORMA DE ENERGIA

Calorimetra es todo lo relativo a la medicin del calor que se desprende o absorbe en los procesos biolgicos, fsicos o qumicos.El calor representa la cantidad de energa que un cuerpo transfiere a otro como consecuencia de una diferencia de temperatura entre ambos. El tipo de energa que se pone en juego en los fenmenos calorficos se denomina energa trmica. (Ver: Cantidad de calor) El carcter energtico del calor lleva consigo la posibilidad de transformarlo en trabajo mecnico. Sin embargo, la naturaleza impone ciertas limitaciones a este tipo de conversin, lo cual hace que slo una fraccin del calor disponible sea aprovechable en forma de trabajo til. Las ideas acerca de la naturaleza del calor han variado apreciablemente en los dos ltimos siglos. Las experiencias de Joule (1818 - 1889) y Mayer (1814 - 1878) sobre la conservacin de la energa, apuntaban hacia el calor como una forma ms de energa. El calor no slo era capaz de aumentar la temperatura o modificar el estado fsico de los cuerpos, sino que adems poda moverlos y realizar un trabajo. Las mquinas de vapor que tan espectacular desarrollo tuvieron a finales del siglo XVIII y comienzos del XIX eran buena muestra de ello. Desde entonces las nociones de calor y energa quedaron unidas y el progreso de la fsica permiti, a mediados del siglo diecinueve, encontrar una explicacin detallada para la naturaleza de esa nueva forma de energa, que se pone de manifiesto en los fenmenos calorficos.Las nociones de temperaturaLas nociones cientficas de calor y temperatura se apoyan en la idea intuitiva que nos transmite nuestro propio cuerpo. As, esa sensacin fisiolgica revelada por el tacto, que permite clasificar los cuerpos en fros y calientes, da lugar a la idea de temperatura y por extensin a la de calor. Sin embargo, la fsica va ms all de estas nociones intuitivas y busca representaciones que puedan ser expresadas en forma numrica, esto es, como magnitudes o atributos medibles.La experiencia demuestra que cuando dos cuerpos, uno fro y otro caliente, se ponen en contacto durante un tiempo prolongado, terminan por alcanzar un estado de equilibrio entre ambos que se denomina equilibrio trmico. En ese estado no es posible distinguir cul de ambos est ms fro y cul ms caliente. La propiedad que tienen en comn los cuerpos que se encuentran en equilibrio trmico es precisamente la temperatura.Junto con esta definicin descriptiva de lo que se entiende en fsica por temperatura, con frecuencia se utiliza otra definicin de tipo operacional, que indica mediante qu procedimiento u operacin queda determinada dicha magnitud. Segn este criterio la temperatura sera lo que miden los termmetros.Ambas definiciones de temperatura hacen referencia a fenmenos observables y facilitan un estudio cientfico de los mismos, pero no explican en qu consiste realmente esa magnitud que, aparentemente, no mantiene relacin alguna con las otras magnitudes de la fsica como la longitud, la masa, el tiempo o la fuerza, por ejemplo.El desarrollo de una teora cintica para la materia fue realizado sobre la base de viejas ideas a las que se refera Thompson.La teora cintico-molecular de la materia recibe ese nombre porque admite que las diferentes partculas, tomos y molculas, que constituyen las sustancias estn en continuo movimiento (en griego kinesis significa movimiento). En los cuerpos slidos este movimiento es de vibracin en torno a puntos fijos o de equilibrio. En los gases el movimiento es desordenado y zigzagueante, a consecuencia de los choques de las molculas del gas entre s y con el recipiente que las contiene. En los lquidos, como estado intermedio, pueden darse ambos tipos de movimientos moleculares.La teora cintico-molecular establece que la energa asociada a esos movimientos moleculares internos es la responsable de los fenmenos calorficos.Junto a la definicin de la temperatura, basada en nuestro sentido del tacto y apoyada en la observacin de los fenmenos correspondientes, que la presenta como una propiedad que caracteriza el grado de calor de los cuerpos y rige su transmisin de unos a otros, la teora cintica propone otra, compatible con la anterior, pero que ofrece la ventaja de explicar cul es su naturaleza. La temperatura es una medida del nivel de esa agitacin trmica o interna de las partculas que constituyen un cuerpo, nivel expresado por el valor de su energa cintica media. Cuanto mayor es la energa media de agitacin molecular, tanto mayor es la temperatura que detecta la sensibilidad del hombre y que miden los termmetros.Energa trmica y calorLa energa trmica es la forma de energa que interviene en los fenmenos calorficos. Cuando dos cuerpos a diferentes temperaturas se ponen en contacto, el caliente comunica energa al fro; el tipo de energa que se cede de un cuerpo a otro como consecuencia de una diferencia de temperaturas es precisamente la energa trmica.La idea que sobre la temperatura introduce la teora cintica al definirla como una medida de la energa cintica media de las molculas, permite, pues, explicar por qu las transferencias de calor se producen siempre en el sentido de mayor a menor temperatura.LA MEDIDA DE LA TEMPERATURA

Termmetro

A partir de la sensacin fisiolgica es posible hacerse una idea aproximada de la temperatura a la que se encuentra un objeto. Pero esa apreciacin directa est limitada por diferentes factores; as el intervalo de temperaturas a lo largo del cual esto es posible es pequeo; adems, para una misma temperatura la sensacin correspondiente puede variar segn se haya estado previamente en contacto con otros cuerpos ms calientes o ms fros y, por si fuera poco, no es posible expresar con precisin en forma de cantidad los resultados de este tipo de apreciaciones subjetivas. Por ello para medir temperaturas se recurre a los termmetros.Escalas termomtricasEn todo cuerpo material la variacin de la temperatura va acompaada de la correspondiente variacin de otras propiedades medibles, de modo que a cada valor de aqulla le corresponde un solo valor de sta. Tal es el caso de la longitud de una varilla metlica, de la resistencia elctrica de un metal, de la presin de un gas, del volumen de un lquido, etc. Estas magnitudes cuya variacin est ligada a la de la temperatura se denominan propiedades termomtricas, porque pueden ser empleadas en la construccin de termmetros.Para definir una escala de temperaturas es necesario elegir una propiedad termomtrica que rena las siguientes condiciones:a) La expresin matemtica de la relacin entre la propiedad y la temperatura debe ser conocida.b) La propiedad termomtrica debe ser lo bastante sensible a las variaciones de temperatura como para poder detectar, con una precisin aceptable, pequeos cambios trmicos.c) El rango de temperatura accesible debe ser suficientemente grande.Una vez que la propiedad termomtrica ha sido elegida, la elaboracin de una escala termomtrica o de temperaturas lleva consigo, al menos, dos operaciones; por una parte, la determinacin de los puntos fijos o temperaturas de referencia que permanecen constantes en la naturaleza y, por otra, la divisin del intervalo de temperaturas correspondiente a tales puntos fijos en unidades o grados.El cientfico sueco Anders Celsius (1701 - 1744) construy por primera vez la escala termomtrica que lleva su nombre. Eligi como puntos fijos el de fusin del hielo y el de ebullicin del agua, tras advertir que las temperaturas a las que se verificaban tales cambios de estado eran constantes a la presin atmosfrica. Asign al primero el valor 0 y al segundo el valor 100, con lo cual fij el valor del grado centgrado o grado Celsius ( C) como la centsima parte del intervalo de temperatura comprendido entre esos dos puntos fijos.En los pases anglosajones se pueden encontrar an termmetros graduados en grado Fahrenheit ( F). La escala Fahrenheit difiere de la Celsius tanto en los valores asignados a los puntos fijos, como en el tamao de los grados. As, al primer punto fijo se le atribuye el valor 32 y al segundo el valor 212. La escala de temperaturas adoptada por el Sistema Internacional (SI) es la llamada escala absoluta o Kelvin. En ella el tamao de los grados es el mismo que en la Celsius, pero el cero de la escala se fija en el 273,16 C. Este punto llamado cero absoluto de temperaturas es tal que a dicha temperatura desaparece la agitacin molecular, por lo que, segn el significado que la teora cintica atribuye a la magnitud temperatura, no tiene sentido hablar de valores inferiores a l. El cero absoluto constituye un lmite inferior natural de temperaturas, lo que hace que en la escala Kelvin no existan temperaturas bajo cero (negativas).BIOGRAFIA DE ALGUNOS CIENTIFICOS:BENJAMIN THOMPSONEl mdico, fsico, inventor y estadista Benjamin Thompson, conde de Rumford, naci en Woburn, Massachusetts el 26 de marzo de 1753, en una poca en la que todava eran colonias britnicas.Fue educado en la escuela de su pueblo natal y desde muy pequeo demostr tener una sed inagotable de conocimientos y una mente activa y despierta para llegar al corazn de los problemas y resolverlos.Con 13 aos entr a trabajar como aprendiz de un comerciante de la ciudad de Salem. Tres aos ms tarde lo hara para un comerciante de Boston.Y durante un periodo corto de tiempo fue aprendiz de un doctor en Woburn. Posteriormente estudi en Harvard y fue profesor en Concord (New Hampshire).Al estallar la revolucin, se mantuvo leal a la corona britnica. Sirvi como Mayor en una compaa de milicia, particip activamente en el reclutamiento de partidarios contra los rebeldes americanos y actu como espa para los ingleses.Mientras estuvo en el ejrcito llev a cabo experimentos sobre la potencia de la plvora que fueron publicados en las Actas de la Royal Society.Cuando los britnicos se fueron de Boston, Thompson se fue con ellos, abandonando a su mujer y a su hijo. Nunca ms regres. Pas el resto de la guerra en Inglaterra, donde ya tena una gran reputacin como cientfico. Por los servicios prestados, el rey Jorge III le nombr caballero.En 1785 acept el cargo de asesor militar del elector de Baviera. Hoy es un estado alemn, pero en aquella poca era independiente.Inventos relacionados con el calorDurante su estancia en esa regin introdujo el cultivo de la patata, la mquina de vapor de Watt y diversos inventos suyos relacionados con el aprovechamiento del calor.Naveg con la Armada Real, public planos para mejorar las fragatas y dise quillas. Tambin realiz una serie de experimentos sobre las propiedades de la seda, importante materia prima en aqul tiempo.Se convirti en la mxima autoridad mundial en termodinmicaAdems, se convirti en la mxima autoridad mundial en termodinmica y fue el primero que determin los principios de la conveccin de fluidos y la circulacin de las corrientes marinas.Sus trabajos impresionaron tanto a las autoridades de Baviera que en 1791 le nombraron conde Von Rumford, pues 'Rumford' era como se llamaba originalmente la ciudad de Concord, donde se cas con su primera mujer.Durante su estancia en Munich tambin dise y dirigi la construccin del famoso parque conocido como el Jardn Ingls. Y en una serie de experimentos para mejorar el alumbrado de los asilos para los pobres, estableci la candela como unidad patrn para medir la iluminacin.

DENIS PAPINDenis Papin naci en el seno de una familia protestante. Se sabe muy poco de su infancia y juventud pero como la educacin en Blois estaba a cargo de los jesuitas se supone que fue all donde recibi las primeras lecciones de Matemticas. En 1660 1661 comenz estudios de Medicina en Angers segn algunos en Pars y ya doctor se traslad a Pars para ejercer la Medicina ocupando sus ratos libres en estudios de Fsica.Huygens se traslad en 1670 a la corte de Luis XIV para presidir la Academia de las Ciencias francesa llamado por Colbert quien aos antes, en 1666, la haba fundado. Huygens tom a su cargo dos ayudantes, Leibniz y Papin, ste ltimo al que pudo conocer en la universidad de Angers o, con ms probabilidad, fue presentado a Huygens por la esposa de Colbert, natural de Blois y conocida por hacer uso de su influencia para ayudar a sus paisanos. Los dos ayudantes trabaron en aqul tiempo una amistad que se prolongara el resto de sus vidas.En 1674 Huygens dio a la imprenta de Pars Les nouvelles expriences sur le vide, avec la description des machines qui servent les faire (Las nuevas experiencias con el vaco con la descripcin de mquinas que sirven para lograrlo) trabajo que se public el ao siguiente firmado por Huygens y Papin en las Transacciones Filosficas en Londres. En dicho trabajo se modificaba la bomba de aire de Otto von Guericke transformndola en un rudimentario motor de explosin.

En la primavera de 1675 Papin abandon Francia y se dirigi a Londres con una carta de recomendacin de Huygens para Boyle. La poltica religiosa de Luis XIV iniciada con la invasin de Holanda en 1672 que culmin con la revocacin del Edicto de Nantes, promulgado en 1598 por Enrique IV y que garantizaba la proteccin de los protestantes franceses, impidi que Papin volviera a pisar suelo francs. Segn Boyle, Papin se dirigi a Inglaterra para dedicarse a sus estudios favoritos sin embargo lo ms probable es que se viera impelido al exilio aun antes de la revocacin del Edicto por la creciente persecucin religiosa que sufran los protestantes.A travs de Boyle entr a trabajar como tutor en casa de un amigo de Oldenbourg, primer Secretario de la Royal Society. Los aos siguientes trabaj primero en el laboratorio de Boyle en el desarrollo de un arma de aire comprimido y en el perfeccionamiento de la bomba de vaco y posteriormente a las rdenes de Hooke que haba sucedido a Oldenbourg. El 16 de diciembre de 1680 fue elegido miembro de la Royal Society a instancia de Boyle y el ao siguiente present ante dicha institucin su marmita, la primera olla a presin, que incorporaba una vlvula de seguridad, que si bien es probable que se utilizara con anterioridad con algn otro propsito fue Papin quien primero la emple para controlar la presin del vapor.En 1682 march a Italia para trabajar como Director de Experimentos en la Academia que a semejanza de la Royal Society haba fundado Ambrose Sarotti en Venecia pero tras el fracaso de la aventura por problemas financieros retorn a Londres en 1684, de nuevo a la Royal Society. En 1687 present una de sus invenciones consistente en la transmisin neumtica de la energa a grandes distancias sin embargo no qued satisfecho con el resultado de sus experimentos y ese mismo ao acept el cargo de profesor de Matemticas en Marburg (Alemania) que le ofreci Carlos Augusto, Gran Conde [Landgraf, lat. Comes Magnus o Comes Principalis] de Hesse-Kassel, para el que trabajara en Kassel unos aos tras abandonar la enseanza en 1695. Ese ao public una recopilacin de sus inventos De novis quibusdam machinis dedicando captulos separados de la obra a distintos nobles alemanes con la perspectiva de conseguir fondos sin demasiado xito.Sus invenciones ms importantes, adems de la marmita, llegaran en la poca que transcurri en Alemania. All desarroll para el Conde un submarino, una catapulta, una mquina para elevar el agua, y otras invenciones, sin embargo Carlos Augusto envuelto en guerras no andaba sobrado de fondos y no poda proporcionar a Papin el dinero necesario para sus gastos y tras cada demostracin de un invento perda el inters y volva a sus asuntos.En 1690 present su primera mquina de mbolo en la que sustituy el explosivo utilizado por Huygens por vapor de agua para lograr mediante su condensacin el perfecto vaco y en 1707 present su Nueva manera de elevar el agua por la fuerza del fuego en alusin al trabajo de Thomas Savery publicado en 1705 y que pretenda perfeccionar.Permaneci en Alemania hasta 1707 cuando en contra de la opinin de Leibniz retorn a Inglaterra. Sin embargo la situacin que se encontr all era muy distinta de la de dos dcadas antes. Boyle haba fallecido y la presidencia de la Royal Society estaba ocupaba por Isaac Newton ante el cual su amistad con Leibniz no era la mejor carta de presentacin.La ltima noticia que se tiene de Papin es una carta escrita a Hans Sloane fechada el 23 de enero de 1712. Segn algunas fuentes Papin pudo trasladarse con posterioridad a Alemania y fallecer all entre 1714 y 1716 pero es dudoso que pudiera hacerse con el dinero necesario para costear el viaje de vuelta.THOMAS NEWCOMENThomas Newcomen herrero e inventor naci en Dartmouth, Devon, Inglaterra. Es frecuentemente citado como el padre de la revolucin industrial como su primer innovador y empresario.[]En 1712 Newcomen, con su socio Thomas Savery, construy una mquina de vapor atmosfrica utilizada para bombear agua fuera de las minas de carbn y estao existentes en la zona nativa de Newcomen, en el sudoeste de Inglaterra, particularmente en Cornualles.Ms mquinas fueron instaladas por el propio Newcomen en Inglaterra, lo que llev a la construccin de ms de 100 mquinas antes de que la patente expirara en 1733. El diseo fue mejorado ms tarde por James Watt.Thomas Savery haba inventado y patentado en 1698 una bomba de vapor para el drenaje de las minas; sin embargo, esta bomba planteaba numerosos problemas ya que trabajaba con altas presiones, lo que con cierta frecuencia provocaba serios accidentes. Ante los problemas y dificultades que planteaba este sistema de drenaje, Thomas Newcomen, que haba trabajado para Savery, pens que poda utilizarse la fuerza del vapor para mover a distancia una bomba impelente colocada en el interior del pozo de drenaje de la mina. La mquina de Newcomen consista en un balancn, uno de cuyos extremos se una a una barra rgida contrapesada que descenda por el pozo de drenaje hasta la bomba mecnica colocada en su interior La mquina de Newcomen y las mejoras introducidas por Smeaton constituyeron el primer gran paso de la denominada Revolucin industrial, periodo histrico caracterizado por un radical cambio en los procesos de produccin, comunicacin y transporte, pues el empleo del motor de vapor permiti reemplazar la energa muscular de hombres y animales en energa mecnica producida por el vapor. La mquina aplicaba el principio de que cuando el vapor se enfra y se condensa, su volumen se reduce muchsimo. Si este proceso se lleva a cabo en una cmara totalmente cerrada, se origina en ella un vaco. La cmara de Newcomen era un enorme cilindro vertical abierto en su parte superior y provisto de un pistn que suba y baja se llenaba de vapor. Entonces invada el cilindro un chorro de agua fra, a fin de condensar el vapor y crear el vaco, momento en que actuaba sobre la cara superior del pistn la presin del aire, impelindolo hacia abajo y efectuando una carrera til. El pistn suba nuevamente y se preparaba para una nueva carrera. Las mquinas de vapor de este tipo se denominaron de Newcomen.