Calor y Temperatura El calor es un mecanismo por el que la energía se transfiere entre un sistema y su entorno como consecuencia de una diferencia de temperatura entre ellos. También es la cantidad de energía Q transferida a través de este mecanismo. El experimento de Thompson y Joule demostraron que el calor es equivalente al trabajo, es decir, a una transferencia de energía. La temperatura de un cuerpo revela el estado de agitación de las partículas que lo forman: es una medida de la energía cinética media de dichas partículas. Es la energía de los átomos o moléculas en movimiento, de traslación, de vibración, de rotación Energía cinética interna Energía Interna Energía potencial interna Es la debida a las fuerzas que ejercen entre sí sus átomos o moléculas Ecuación de continuidad de la Energía Recordemos que no podemos crear ni destruir energía, es decir, la energía se conserva. De esta manera, si la cantidad de energía en un sistema cambia, sólo puede deberse al hecho de que una cierta cantidad de energía ha cruzado los límites del sistema mediante algún mecanismo E Sistema Esistema es la energía total del sistema, incluyendo todos los métodos de almacenamiento de energía (Cinética, Potencial, Interna) H H es la cantidad de energía a través de los límites del sistema por algún mecanismo: calor, trabajo,ondas mecánicas,transferencia de materia, transmisión eléctrica y radiación electromagnética. Medidas de la Temperatura y el Calor Termómetro Miden temperatura haciendo uso de alguna propiedad física que refleja el cambio con la temperatura (dilatación, resistencia eléctrica, color). Deberá estar en equilibrio térmico con el objeto al cual se le quiere determinar la temperatura. Celsius Fahrenheit Escalas de Temperaturas Kelvin Punto de fusión o congelación 0° C 32°F 273.15 K Punto de vaporización o congelación 100°C 212°F 373.15 K Unidades de Energía Calorífica Caloría = calor necesario para elevar la temperatura del 1g de agua de 14,5 °C a 15,5 °C. Btu = calor necesario para elevar la temperatura de 1libra de agua de 63°F a 64°F Calor específico La cantidad de calor para elevar la temperatura de un cuerpo depende del material que lo conforma, definimos el calor específico como: c Q m . t Cuyas unidades son:J/kg °C Calorimetría Una técnica para medir el calor específico de un material consiste en mezclar masas conocidas de la sustancia a temperaturas conocidas en un recipiente, tal que no se produzca ningún intercambio de energía con el medio y medir la temperatura de equilibrio. Los recipientes que cumplen con la condición anterior se denominan calorímetros y la técnica calorimetría. Del principio de conservación de la energía para este sistema aislado, tenemos: Q absorbido Q cedido 0 Quien cede calor? Aquella /as sustancia / as que se encuentre /en a una T mayor Cuánto calor cede /en? Q cedido m c (T i i equilibrio Tinicial ( i ) ) i Quien absorbe calor? Aquella/as sustancia/as que se encuentre /en a una T menor Cuánto calor absorbe /en? Q absorbido m j j c j (T equilibrio Tinicial ( i ) ) Realicemos un balance de energía, a modo de ejemplo, de una mezcla de agua en un termo (el calorímetro mas conocido!) masa ma de agua a una Ta, dentro del calorímetro Medimos Tequilibrio Introducimos otra masa mb de agua a una Tb, dentro del calorímetro Quien cede calor? Supongamos que Tb Ta cede calor la masa mb Cuánto calor cede? Q cedido m b c b (T equilibrio T b ) Quien absorbe calor? La masa ma y el calorímetro! (que es real y no ideal!) Cuánto calor absorben? Q absorbido m a c a (T equilibrio T a ) m cal c cal (T equilibrio T cal ) Los calorímetros están fabricados con mas de un material, no será sencillo elegir el calor específico mas adecuado definimos el equivalente en agua de un calorímetro p, que es una masa de agua que absorbe (en este caso) una cantidad de calor igual a la absorbida por el calorímetro en el mismo T. Q absorbido m a c a (T equilibrio T a ) p .c agua (T equilibrio T a ) El balance resulta: ( m a c a p )( T equilibrio T a ) m b c b (T equilibrio Tb ) 0 Fenómenos asociados con el Calor Es consecuencia de los cambios que se producen en la separación promedio entre los átomos o moléculas. Está caracterizada por el coeficiente de expansión lineal (a ), superficial (b )o Expansión Térmica volumétrico del material (g ). L a . L i . t A . A i . t V g .V i t Conducción Térmica El proceso de transferencia de energía en forma de calor también se denomina conducción o conducción térmica. Intercambio de energía cinética entre moléculas. Caracterizada por el coeficiente de conductividad térmica que depende de la naturaleza del material. Podemos calcular la rapidez de transferencia de energía como: A Flujo de Energía P k . A. TC TF x dT dt Fin de Calor y Temperatura!!!!!!