CALOR Y TEMPERATURA

Al término de la unidad, usted deberá:

1. Determinar la dilatación de las sustancias.

2. Reconocer las formas de transmisión del calor.

Al aumentar la temperatura de una sustancia, aumenta la energía cinética de las moléculas que la forman, provocando un aumento de su volumen (dilatación); en caso contrario, si disminuye la temperatura, se produce una disminución de su volumen (contracción).

T)3(VV

T)2(AA

TLL

0

0

0

El agua sufre un comportamiento contrario respecto de su dilatación en el rango de temperaturas de 0ºC a 4ºC. El agua se contrae cuando la temperatura sube en este tramo y se dilata si la temperatura disminuye en este tramo.

¿Qué es el calor? Durante muchos años se creyó que el calor era un

componente que impregnaba la materia y que los cuerpos absorbían o desprendían según los casos.

Lo que ves a la derecha es una manifestación del calor, es una llama, pero no es el calor. El calor es un concepto y por lo tanto no se ve. Si puedes percibir los efectos del calor.

Entre 1600 y 1700, Europa vivió una “pequeña era glacial” al registrarse temperaturas más bajas que en otros períodos durante los últimos mil años.Esta situación motivó el estudio del calor y la búsqueda de soluciones reales al problema de las bajas temperaturas. Un inventó fue las máquinas cuyo funcionamiento se debió a la combustión del combustible.

En 1876 hace su aparición la máquina a gasolina de combustión interna, estos motores y sus descendientes como los diesel transforman la energía química interna en energía térmica y esta a su vez en energía de movimiento

La idea que el calor es una forma de energía fue propuesta por Benjamín Thompson ( 1753-1814). Thompson, taladrando tubos de metal para construir cañones, se dio cuenta de que cuanto más roma estaba la broca más calor se desprendía. Si el calor estuviera retenido en el cuerpo impregnándolo saldría más cuanto más se desmenuzara la materia en virutas...pero no era así, era justamente al revés.

¡El calor se generaba al rozar la broca con el metal! ¡La energía cinética de la broca se transformaba en calor!

Concepto de calor

Las ideas de Thompson fueron corroboradas por diversos experimentos entre los que destaca el realizado por James Prescot Joule ( 1818-1889).Cuando la temperatura de un cuerpo aumenta, también lo hace su energía interna. Si éste se pone en contacto con otro que posee menor temperatura, habrá transmisión de energía del primero al último. Esa energía que se transmite se denomina Calor.

El calor es una forma de energía que se transmite de un cuerpo a otro debido a un desequilibrio térmico

El calor es una forma de energía que se transmite de un cuerpo a otro debido a un desequilibrio térmico

¿Cómo se mide el calor? El agua es importantísima en nuestra vida. Se ha utilizado para

establecer la escala de Celsius de temperaturas y tiene una excepcional cualidad que hizo que se eligiera para definir el patrón de la energía calorífica: el agua es una de las sustancias que, aunque reciba mucha energía calorífica, incrementa muy poco su temperatura.

Esta cualidad del agua es la responsable del clima benigno (poco oscilante entre el día y la noche) en las proximidades del mar para una misma latitud terrestre.

La capacidad del agua de "encajar" los impactos de calor "sin casi inmutarse" incrementando poco su temperatura se representa mediante una magnitud llamada "calor específico" (Ce) : calor que necesita 1 g de sustancia para aumentar 1 grado su temperatura.

En consecuencia, el calor específico del agua es 1 cal /g. grado. Cada sustancia tiene un calor específico característico, casi siempre

mucho menor que el del agua. Pulsa para ver un cuadro con calores específicos de sustancias

calores específicos Sustancia Cal /g ºC

Aluminio 0,212

Cobre 0,093

Hierro 0,113

Mercurio 0,033

Plata 0,060

Latón 0,094

Agua de mar 0,945

Vidrio 0,199

Arena 0,20

Hielo 0,55

Agua 1,00

Alcohol 0,58

Lana de vidrio 0,00009

Aire 0,0000053

Se define 1caloría ( cal) a la cantidad de calor (energía) que se necesita para incrementar 1 g de agua en 1°C.

1 calt = 1°C

1 gr H2o

Hoy se utiliza siempre el S.I. y usamos como unidad de trabajo y de energíael julio (1 caloría=4,18 Julios ).

Pero la cantidad de calor que puede acumular o perder una masa de agua depende, además de su calor específico, de la masa de la sustancia. El producto de la masa por el calor específico se llama "capacidad calorífica".

Cuanta más capacidad calorífica tenga un cuerpo menos incremente su temperatura para un mismo aporte de calor. Es como la capacidad que tiene la sustancia para "encajar" el calor.

El calor necesario para un mismo incremento de temperatura de una cierta sustancia depende de su masa: cuanta más masa, más calor se requiere.

Uniendo todos los factores anteriores obtenemos la fórmula que nos da el calor cedido o absorbido por un cuerpo cuando varía su temperatura:

Q=m cuerpo· Ce (cuerpo). t

TRANSMISIÓN DEL CALORConducción: Es el proceso de transferencia de energía entre dos cuerpos. Los de mayor temperatura transfieren energía a los de menor temperatura, hasta que sus temperaturas se equilibran. Esta forma de propagación del calor ocurre en las sustancias sólidas.

Se monta un dispositivo como el indicado en el

esquema.

Del recipiente metálico cuelgan cinco barras de

diferentes materiales. Tres de ellas son de

metal y las otras dos son de madera y de

baquelita.

Cada barra ha sido impregnada de cera y en

su parte superior se ha colocado una arandela

metálica con una flecha indicadora.

Se añade agua hirviendo al recipiente metálico.

Observa lo que sucede y haz un comentario.

Convección: Corresponde a la transmisión del calor en los líquidos y gases por el movimiento de sus moléculas, en forma de corrientes cálidas ascendentes y frías descendentes.

La convección del calor.

Introduce en un recipiente con agua unas virutas de un material que se hunda en el agua pero que no sea muy pesado. Enciende el hornillo eléctrico y espera un poco a ver lo qué sucede.

¿Puedes explicar este fenómeno?

¿Qué demuestra esta experiencia?

La convección: La calefacción y la refrigeración.

Si te has fijado los aparatos de calefacción se colocan abajo, mientras que los de aire acondicionado se ponen altos. Seguro que si has entendido los procesos de convección sabrás por qué.

La convección: La calefacción y la refrigeración.

Si te has fijado los aparatos de calefacción se colocan abajo, mientras que los de aire acondicionado se ponen altos. Seguro que si has entendido los procesos de convección sabrás por qué.

Radiación: El calor puede transmitirse a grandes distancias sin calentar en forma apreciable el espacio intermedio. Se produce mediante ondas calóricas semejantes a las de radio o electromagnéticas.

La radiación.

El calor es una forma de radiación como la luz pero de longitud de onda más larga, radiación infrarroja.Como tal radiación es capaz de transmitirse como la luz, sin el soporte de ningún medio material y de ser reflejado. Es de esta forma como el calor del sol llega a la tierra.

Radiación infrarroja