Tema 6 Transferencia De EnergíA 2 (Calor Y RadiacióN)
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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.
5. ENERGÍA TÉRMICA, CALOR Y OTROS CONCEPTOS
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.
5. ENERGÍA TÉRMICA, CALOR Y OTROS CONCEPTOS
INTRODUCCIÓN.
5. ENERGÍA TÉRMICA, CALOR Y OTROS CONCEPTOS
¿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.
5. ENERGÍA TÉRMICA, CALOR Y OTROS CONCEPTOS
¿QUÉ ES, Y CÓMO SE MANIFIESTA, LA ENERGÍA TÉRMICA?
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).
5. ENERGÍA TÉRMICA, CALOR Y OTROS CONCEPTOS
¿QUÉ ES, Y CÓMO SE MANIFIESTA, LA ENERGÍA TÉRMICA?
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
5. ENERGÍA TÉRMICA, CALOR Y OTROS CONCEPTOS
CALOR Y TEMPERATURA. EQULIBRIO TÉRMICO
5. ENERGÍA TÉRMICA, CALOR Y OTROS CONCEPTOS
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.
5. ENERGÍA TÉRMICA, CALOR Y OTROS CONCEPTOS
CALOR Y TEMPERATURA. EQULIBRIO TÉRMICO
Los termómetros funcionan gracias al equilibrio térmico
La TEMPERATURA es la magnitud que miden los
termómetros.
5. ENERGÍA TÉRMICA, CALOR Y OTROS CONCEPTOS
CALOR Y TEMPERATURA. EQULIBRIO TÉRMICO
Anders Celsius
Daniel Gabriel Farenheit
5. ENERGÍA TÉRMICA, CALOR Y OTROS CONCEPTOS
CALOR Y TEMPERATURA. EQULIBRIO TÉRMICO
grados F = (9/5) x grados C+32
grados K = 273 + grados C
5. ENERGÍA TÉRMICA, CALOR Y OTROS CONCEPTOS
CALOR Y TEMPERATURA. EQULIBRIO TÉRMICO
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.
5. ENERGÍA TÉRMICA, CALOR Y OTROS CONCEPTOS
CALOR Y TEMPERATURA. EQULIBRIO TÉRMICO
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“.
5. ENERGÍA TÉRMICA, CALOR Y OTROS CONCEPTOS
CALOR Y TEMPERATURA. EQULIBRIO TÉRMICO
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.
5. ENERGÍA TÉRMICA, CALOR Y OTROS CONCEPTOS
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
5. ENERGÍA TÉRMICA, CALOR Y OTROS CONCEPTOS
CALOR ESPECÍFICO
Qce = ----------------- m · (t2 – t1)
Se utiliza para determinar la capacidad calorífica específica de las sustancias
5. ENERGÍA TÉRMICA, CALOR Y OTROS CONCEPTOS
CALORÍMETRO
5. ENERGÍA TÉRMICA, CALOR Y OTROS CONCEPTOS
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
6. EFECTOS DEL CALOR. CALORIMETRÍA
EL CALOR Y LOS CAMBIOS DE ESTADO
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.
6. EFECTOS DEL CALOR. CALORIMETRÍA
EL CALOR Y LOS CAMBIOS DE ESTADO
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
5. ENERGÍA TÉRMICA, CALOR Y OTROS CONCEPTOS
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.