CALOR Y TEMPERATURA

CALOR Y TEMPERATURA La teoría cinético molecular considera los gases como un conjunto de partículas microscópicas moviéndose en el vacío en continua y desordenada agitación. Energía térmica es la que poseen los cuerpos debido al movimiento desordenado interno de sus partículas constituyentes (átomos, iones o moléculas) La temperatura indica el nivel térmico de los cuerpos. Si se ponen en contacto dos cuerpos, la energía térmica siempre fluirá del cuerpo de temperatura superior al de temperatura inferior. A nivel microscópico, la temperatura está relacionada con el movimiento atómico‐molecular, cuánto más alta es la temperatura, mayor es el grado de agitación de los constituyentes. En un gas, la temperatura es proporcional a la energía cinética de las moléculas. Pero como no se mueven todas a la misma velocidad, la temperatura está relacionada con la energía cinética media de las moléculas. T = k <Ec> Calor es la energía térmica que se transfiere entre dos cuerpos que se encuentran a diferente temperatura. Las unidades de calor son las mismas que las de la energía. En el sistema Internacional es el julio. 1 caloría = 4,184 J ó bien 1 J = 0,24 calorías CERO ABSOLUTO DE TEMPERATURA Es la temperatura a la cual el movimiento atómico molecular se ha reducido al mínimo posible, es decir, la materia tienen una energía cinética mínima. Dicha temperatura, que es inalcanzable, recibe el valor cero en la escala Kelvin (0 K) y se denomina cero absoluto de temperatura. Por tanto, en la escala Kelvin, no puede haber temperaturas negativas. En cambio, no existe en principio un límite superior de temperatura. T = tC + 273,15 La Termodinámica estudia las leyes que rigen el intercambio de energía entre un sistema y el entorno, el sentido en el que fluye el calor y la capacidad de los sistemas para producir trabajo. 1 SISTEMAS TERMODINÁMICOS 2 ESTADO DE UN SISTEMA Es el conjunto de valores que adoptan las magnitudes físicas y químicas de un sistema. Se llaman variables de estado termodinámicas (presión, volumen y temperatura) Cuando las variables termodinámicas de un sistema alcanzan valores estables que no varían con el tiempo, se dice que el sistema se encuentra en estado de equilibrio. Variables intensivas, dependen del estado pero no del tamaño del sistema, por ej., la presión, la densidad, la concentración o la temperatura. Variables extensivas, dependen del tamaño del sistema, por ej., el volumen, la energía o la masa. Todo sistema posee una energía interna U, cuya variación se puede medir y es igual al calor o al trabajo intercambiado por el sistema con el entorno. La energía interna de una sustancia es igual a la suma de la energía potencial y la energía cinética de todas las partículas. En un gas, las fuerzas entre las partículas son tan pequeñas que la energía interna es prácticamente energía cinética, mientras que en un sólido se encuentran por igual las dos formas de energía. CALOR ESPECÍFICO El calor específico de una sustancia es la energía transferida a 1 kg de sustancia para aumentar su temperatura 1 K. 
CALORES LATENTES DE FUSIÓN Y DE VAPORIZACIÓN Calor latente de fusión es la energía requerida para cambiar la fase de 1 kg de sustancia del estado sólido al líquido sin cambio alguno de temperatura. Calor latente de vaporización es la energía requerida para cambiar la fase de 1 kg de sustancia del estado líquido al gaseoso sin cambio alguno de temperatura. Cuando una sustancia cambia de fase sólida a líquida, en la mayoría de los casos, el volumen aumenta. Este aumento del volumen es la consecuencia de una separación general de las moléculas (aumento de energía potencial) y de una pequeña disminución de las fuerzas intermoleculares. Las moléculas están muy próximas entre sí en un sólido y por tanto, las fuerzas intermoleculares son elevadas. El calor que se transfiere a la sustancia es pues, para vencer las fuerzas intermoleculares aumentando su energía potencial, mientras que la energía cinética se mantiene constante y como la temperatura es una medida de la energía cinética, permanecerá constante durante el cambio de fase. En un gas ideal, ya no hay ninguna energía potencial asociada con las fuerzas intermoleculares. De modo que la energía interna, está completamente en forma de energía cinética molecular. 3 Una muestra de 120 g de un sólido inicialmente a 20°C se calienta mediante un calentador de una determinada potencia. El calor específico del sólido es de 2500 Jkg‐1K‐1. La temperatura de la muestra varía con el tiempo tal y como se muestra en la gráfica. Determinar a través de ella: a)
b)
c)
d)
La potencia del calentador La temperatura de fusión de la muestra El calor latente de fusión El calor específico de la muestra en fase líquida a) P = W/t =Q/t Q = mCeT Q = 0,122500(48‐20) = 8400 J P = Q/t = 8400/120 = 70 W b) Tf = 48°C c) La fusión se produce durante (560‐120= 440 s) El calor suministrado durante ese tiempo es: P = Q/t Q = Pt = 70440 = 30800 J 30800
0,12
2,610 
d) El líquido aumenta su temperatura de 48° a 56°durante40s Q = mCeT Q = Pt = 7040 = 2800 J 
2800
0,128
2,910 
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