Primero que nada debes de saber que calor y temperatura son dos cosas diferentes. El calor es la transferencia de energía de un cuerpo a otro de menor energía. Un ejemplo: Tomas agua de la llave y la pones dentro de un vaso (el agua esta fría al tacto y tiene X temperatura, si le pones unos cubitos de hielo ambos cuerpos, los hielos transmitirán su temperatura al agua y el agua transmitirá su temperatura al hielo "es por eso que uno se enfría y el otro se derrite" y en algún momento la temperatura del agua no será la del principio ni la del hielo tendrá una temperatura media y a esto se le conoce como equilibrio térmico.
Y cuando hablas de temperatura la temperatura está determinada por una escala que puede serla Fahrenheit ºF, La Celsius o escala centígrada ºC, y la kelvin o escala absoluta K. Por ejemplo: Si vemos que un cuerpo saca humo ¿podemos decir que está caliente? No porque también lo frío despide vapor y para saber que temperatura tiene tenemos que medirla con un termómetro para así saber si es un cuerpo frío o caliente.
Y cuando hablas de temperatura la temperatura está determinada por una escala que puede ser
1.El calor es la energía total del movimiento molecular en una sustancia, mientras temperatura es una medida de la energía molecular media.
2. El calor depende de la velocidad de las partículas. La temperatura no.
3.El calor depende del número de partículas. La temperatura no.
4.El calor depende del tipo de partículas. La temperatura no.
5.El calor es lo que hace que la temperatura aumente o disminuya. Si añadimos calor, la temperatura aumenta. Si quitamos calor, la temperatura disminuye.
6.La temperatura no es energía sino una medida de ella, sin embargo el calor sí es energía.
7.El calor es una forma de energía asociada al movimiento de los átomos, moléculas y otras partículas que forman la materia. La temperatura no.
8.El calor puede ser generado por reacciones químicas (como en la combustión), nucleares (como en la fusión nuclear de los átomos de hidrógeno que tienen lugar en el interior del Sol), disipación electromagnética (como en los hornos de microondas) o por disipación mecánica (fricción). La temperatura no.
9.Su concepto está ligado al Principio Cero dela Termodinámica , según el cual dos cuerpos en contacto intercambian energía hasta que su temperatura se equilibre. El de temperatura no.
10.El calor en sí no es una forma de energía puesto que no es una función de estado. Y la temperatura no.
11.La temperatura es un parámetro termodinámico del estado de un sistema que caracteriza el calor, o transferencia de energía.
12.Para medir la temperatura se utiliza el termómetro. Y la temperatura mide al calor se piensa que calor y temperatura son lo mismo pero no es así, tienen relación pero se trata de conceptos diferentes. Partamos de las definiciones:
2. El calor depende de la velocidad de las partículas. La temperatura no.
3.El calor depende del número de partículas. La temperatura no.
4.El calor depende del tipo de partículas. La temperatura no.
5.El calor es lo que hace que la temperatura aumente o disminuya. Si añadimos calor, la temperatura aumenta. Si quitamos calor, la temperatura disminuye.
6.La temperatura no es energía sino una medida de ella, sin embargo el calor sí es energía.
7.El calor es una forma de energía asociada al movimiento de los átomos, moléculas y otras partículas que forman la materia. La temperatura no.
8.El calor puede ser generado por reacciones químicas (como en la combustión), nucleares (como en la fusión nuclear de los átomos de hidrógeno que tienen lugar en el interior del Sol), disipación electromagnética (como en los hornos de microondas) o por disipación mecánica (fricción). La temperatura no.
9.Su concepto está ligado al Principio Cero de
10.El calor en sí no es una forma de energía puesto que no es una función de estado. Y la temperatura no.
11.La temperatura es un parámetro termodinámico del estado de un sistema que caracteriza el calor, o transferencia de energía.
12.Para medir la temperatura se utiliza el termómetro. Y la temperatura mide al calor se piensa que calor y temperatura son lo mismo pero no es así, tienen relación pero se trata de conceptos diferentes. Partamos de las definiciones:
Definición de Calor: El calor es una forma de energía que está asociada al movimiento de los átomos y moléculas, además de otras partículas que forman la materia. El calor es una cantidad de energía. Dos cuerpos en contacto intercambiarán esta energía hasta que su temperatura sea equilibrada. Las formas de transferencia de esta energía son: conducción, convección y radiación.
Definición de Temperatura: La temperatura es una magnitud referida a las nociones comunes de frío y calor. Por lo general, un objeto más caliente tendrá una temperatura y a medida que la energía es mayor su temperatura también es mayor.
ANEXO 2
CONVERSION DE UNIDADES DE TEMPERATURA
EJEMPLOS:
1) Convertir de 100ºC a K 2) Convertir 273 K a ºC
K = ºC + 273 ºC = k - 273
K = 100ºC + 273 = 373 K ºC = 273 K – 273 = 0ºC
3) Convertir de 0ºC a ºF 4) Convertir de 212ºF a ºC
ºF = 1.8 x ºC +32 ºC = ºF – 32 / 1.8
ºF = 1.8 x 0ºC + 32 = 32ºF ºC = 212ºF – 32 / 1.8 = 100ºC
EJERCICIOS PROPUESTOS:
1.- Realiza de manera correcta la conversión de unidades de temperatura e indicando: formula utilizada, sustitución y resultado con unidades.
1) 50ºC a K 2) 120ºC a K 3) 380 K a ºC
4) 210 K a ºC 5) 60ºC a ºF 6) 98ºC a ºF
7) 50ºF a ºC 8) 130ºF a ºC
- Para convertir de 73ºF a Kelvin
- Para convertir de 280 K a ºF
CUESTIONARIO SOBRE LA DILATACIÓN DEL
1.- ¿Cuál es la sustancia más abundante en la tierra?
2.- ¿Qué le sucede al volumen del agua cuando se congela?
3.- ¿Cuál es la densidad del agua y la densidad del hielo?
4.- ¿Por qué razón el hielo flota en el agua?
5.- ¿Por qué es importante esta propiedad del agua?
6.- ¿Qué pasaría si el hielo llegara al fondo?
7.- ¿Por qué el coeficiente de dilatación cúbica es igual para todos los gases?
8- Si tomamos oxígeno a 0ºC sin cambiar su presión (isobárico), lo calentamos 1ºC cual será su nuevo volumen:
9.- Y si incrementamos 2ºC:
ANEXO 4
MECANISMOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR
El calor es energía que se transfiere y constantemente vemos sus efectos en todos los ámbitos de nuestra vida diaria: en el hogar, cuando se cuecen los alimentos, en la calefacción doméstica; en el cuidado personal, al usar secadoras, tenazas o en la ducha; así como en la mayoría de los campos de la industria como la siderúrgica, la alimenticia, la química, entre otros.
Para aprovechar adecuadamente la energía es necesario hacer uso de ésta de manera más racional y eficiente; parte de ello incluye el aprovechamiento del calor. En este sentido es importante saber con que rapidez se transfiere el calor entre un objeto y sus alrededores y conocer los mecanismos responsables de esta transferencia. El calor se puede transmitir de un cuerpo a otro, sobre todo por los siguientes mecanismos:
CONDUCCIÓN: La conductividad térmica (K) es característica de cada material y es una medida de su capacidad para conducir calor. Mientras mayor sea el valor de K del material, mejor conductor será.
En la industria es muy importante optimizar los procesos relativos al aprovechamiento de energía y la economía de recursos, pues de ese modo se evitará un mayor impacto en el ambiente.
Cuando un extremo de una varilla metálica se pone en contacto con el fuego, al cabo de cierto tiempo el otro extremo también se calienta. Esto se debe a que las moléculas del extremo calentado por el fuego vibran con mayor intensidad, es decir, con mayor energía cinética. Una parte de esa energía se transmite a las moléculas cercanas, las cuales al chocar unas con otras comunican su exceso de energía a las que están enseguida, así su temperatura aumenta y se distribuye en forma uniforme a lo largo de la varilla. Esta transmisión de calor continuará mientras exista una diferencia de temperatura entre los extremos, y cesará totalmente cuando sea la misma en todas las partes. Los metales son buenos conductores de calor; y el corcho, la madera, el plástico, la lana, el aire, la porcelana, el vidrio y el papel son malos conductores del mismo. Las sartenes, olas, las calderas y demás objetos requieren ser calentados con rapidez, se fabrican de metal y los malos conductores son usados del frío y del calor. Por ejemplo en mangos de sartenes, cucharas, ollas, revestimientos para calentadores, refrigeradores y tuberías, o bien, en ropa de invierno como abrigos y chamarras.
CONVECCIÓN: Es la propagación de calor ocasionada por el movimiento de la sustancia caliente.
Las corrientes marinas y los vientos se producen por la diferencia de temperaturas en las distintas regiones de la atmósfera y del agua de los mares. Al poner un vaso de precipitados con agua a calentar posteriormente observamos, que transcurrido cierto tiempo comienza un movimiento en la parte interna del líquido. Esto se debe a que al recibir calor el líquido del fondo, la temperatura sube y provoca su dilatación, aumentando el volumen y en consecuencia disminuye la densidad de esa porción, por lo que sube a la superficie y es remplazada por agua más fría y con mayor densidad.
RADIACIÓN: Es la propagación del calor por medio de ondas electromagnéticas. El calor que nos llega por medio del sol es por radiación.
Todos los cuerpos calientes emiten radiaciones caloríficas, es decir, ondas electromagnéticas de energía proporcional a su temperatura. Cuando la radiación de un cuerpo caliente llega a un objeto, una parte se absorbe y otra se refleja. Los colores oscuros son los que absorben más las radiaciones.
1
Por ello en los climas cálidos, se usan con frecuencia ropas de colores claros para reflejar gran parte de las ondas infrarrojas y luminosas que provienen del Sol.
ENERGÍA SOLAR, SU MEDIDA Y TRANSFORMACIÓN
La energía radiante que nos llega del Sol nos proporciona energía calorífica, esta se aprovecha para calentar agua destinada para uso doméstico en algunos edificios o casas, y también provistos de celdas solares. Aproximadamente, cada centímetro cuadrado de la superficie de la tierra que este iluminado perpendicularmente por los rayos solares recibe 1.4 kilocalorías por minuto, equivalentes a 14,000 calorías (14 Kcal = 58.8 Kj) por minuto en una superficie de 1 m2 . Así podemos definir la intensidad de la radiación solar como la potencia de la radiación recibida del Sol en un área de 1 m2 . De donde:
Intensidad de la radiación solar = Potencia , expresada en KW/m2
Área
Como la potencia es igual a la energía liberada dividida entre el tiempo tenemos:
Potencia = 58.8 Kj = 0.98 KW
60 s
Para determinar la intensidad de la radiación solar, dividimos la potencia entre el área, es decir, entre 1 m2 .
Intensidad de la radiación solar = Potencia = 0.98 KW = 0.98KW/m2 Área 1 m2
Cabe señalar que la intensidad de la energía solar recibe cada m2 de la parte externa de la atmósfera terrestre que este iluminado perpendicularmente por los rayos solares, tiene un valor de 1.4 KW/m2, pero solo llegan a la superficie de la Tierra 0.98 KW/m2 , pues 0.42 KW los absorbe la atmósfera.
Transformación de la energía solar
Actualmente el aprovechamiento de la energía solar por el hombre esta en pleno desarrollo, pues además de los usos señalados, también se están construyendo destiladores solares para obtener agua potable a partir del agua de los mares. Se han construido desecadores solares de frutos y pescados, así como baterías solares con placas semiconductoras que transforman la energía luminosa del Sol en energía eléctrica. Hoy, las baterías solares se utilizan en motores para lograr la locomoción de autos eléctricos, en el funcionamiento de receptores de radio, de calculadoras de bolsillo y en algunos dispositivos eléctricos de las naves espaciales, entre otros usos.
Unidades para medir el calor
Como ya señalamos, el calor es una forma de energía llamada energía calorífica. Por tanto, las unidades para medir el calor son las mismas del trabajo mecánico y de la energía:
a) Sistema Internacional de Unidades (SI): joule=newton metro= Nm = j
b) Sistema CGS: ergio = dina centímetro = dina cm.
Recordemos que 1j= 1x107 erg.
Aunque existen las unidades anteriores, aún se utilizan unidades como: La caloría y el Btu que a continuación describiremos.
Caloría: Es la cantidad de calor aplicado a un gramo de agua para elevar su temperatura 1ºC .
Kilocaloría: Es un múltiplo de la caloría y equivale a: 1kcal = 1000 cal.
Como se señaló aún se utiliza el sistema inglés, por ello, es necesario describir a la unidad de calor usada por el Sistema Inglés que es el Btu (de sus siglas en inglés: British Thermal Unit).
Btu: Es la cantidad de calor aplicada a una libra de agua (454 g ), para que se eleve la temperatura a un grado Fahrenheit:
1Btu = 252 cal = 0.252 kcal
La equivalencia entre joules y calorías es la siguiente:
1 joule = 0.24 cal
1 caloría = 4.2 j
DILATACIÓN LINEAL
EJERCICIOS PROPUESTOS:
1.- ¿Cuál es la longitud de un cable de cobre al disminuir la temperatura a 14ºC , si con una temperatura de 42ºC mide 416 m ?
2.- Un puente de hacer de 100m de largo a 8ºC aumenta su temperatura a 24ºC ¿Cuánto mide su longitud?
3.- ¿Cuál es la longitud de un riel de hierro, de 50 m a 40ºC si desciende la temperatura a 6ºC , ¿cuánto se contrajo?
DILATACIÓN CÚBICA
EJERCICIOS PROPUESTOS.
1.- Un tubo de cobre tiene un volumen de 0.009 m3 a 10ºC y se calienta a 200ºC . Clacular:
a) ¿Cuál es el volumen final?
b) ¿Cuál es su dilatación cúbica en m3 y en litros?
2.- Una barra de aluminio tiene un volumen de 500 cm3 a 90ºC , calcular:
a) ¿Cuál es volumen a 20ºC ?
b) ¿Cuánto disminuyó su volumen?
3.- Calcular el volumen final de 5.5 litros de glicerina si se calienta de 4ºC a 25ºC . Determine también la variación de su volumen en cm3.
4.- Un tanque de hierro de 200 litros de capacidad de 10ºC , se llena totalmente de petróleo, si se incrementa la temperatura de ambos hasta 38ºC , Calcular:
a) ¿Cuál es la dilatación cúbica del tanque?
b) ¿Cuál es la dilatación cúbica del petróleo?
c) ¿Cuánto petróleo se derramará en litros y en cm3?
DILATACIÓN SUPERFICIAL
EJERCICIOS PROPUESTOS
1.- A una temperatura de 17ºC una ventana de vidrio tiene un área de 1.6 m2 . ¿Cuál será su área final al aumentar su temperatura a 32ºC ?
2.- A una temperatura d 23ºC una puerta de aluminio de 2 m de largo por 0.9m de ancho ¿Cuál será su área final al disminuir su temperatura a 12ºC ?
3.- Determine la temperatura en la cual una chapa de cobre de área 10m2 a 20ºC adquiere el valor de 10,0056 m2 , considere que su coeficiente de dilatación superficial es de 33.4 x 10-6 1/ºC.
4.- Una chapa de acero tiene un área de 36 m2 a 30ºC . Calcule su área a 50ºC y su coeficiente de dilatación superficial es de 23 x 10-6.
CALOR ESPECÍFICO
EJERCICIOS PROPUESTOS:
1.- ¿Qué cantidad de calor se debe aplicar a un trozo de plomo de 850g para que eleve su temperatura de 18ºC a 120ºC ?
2.- La temperatura inicial de una barra de aluminio de 3 Kg es de 25ºC ¿Cuál será su temperatura final si al ser calentada recibe 12,000 calorías?
3.- ¿Qué cantidad de calor necesitan 60g de agua para que su temperatura aumente de 25ºC a 100ºC ?
4.- Determine las calorías requeridas por una barra de cobre de 2.5 Kg para que su temperatura aumente de 12ºC a 300ºC .
5.- Determine el calor específico de de una muestra metálica de 400g, si al suministrarse 620 calorías aumentó su temperatura de 15ºC a 65ºC . Consulte su cuadro de calor específico e identifique de qué sustancia se trata.
6.- 2 Kg de agua se enfrían de 100ºC a 15ºC ¿Qué cantidad de calor cedieron al ambiente?
DILATACIÓN LINEAL
EJERCICIOS PROPUESTOS:
1.- ¿Cuál es la longitud de un cable de cobre al disminuir la temperatura a 14ºC , si con una temperatura de 42ºC mide 416 m ?
2.- Un puente de hacer de 100m de largo a 8ºC aumenta su temperatura a 24ºC ¿Cuánto mide su longitud?
3.- ¿Cuál es la longitud de un riel de hierro, de 50 m a 40ºC si desciende la temperatura a 6ºC , ¿cuánto se contrajo?
DILATACIÓN CÚBICA
EJERCICIOS PROPUESTOS.
1.- Un tubo de cobre tiene un volumen de 0.009 m3 a 10ºC y se calienta a 200ºC . Clacular:
a) ¿Cuál es el volumen final?
b) ¿Cuál es su dilatación cúbica en m3 y en litros?
2.- Una barra de aluminio tiene un volumen de 500 cm3 a 90ºC , calcular:
a) ¿Cuál es volumen a 20ºC ?
b) ¿Cuánto disminuyó su volumen?
3.- Calcular el volumen final de 5.5 litros de glicerina si se calienta de 4ºC a 25ºC . Determine también la variación de su volumen en cm3.
4.- Un tanque de hierro de 200 litros de capacidad de 10ºC , se llena totalmente de petróleo, si se incrementa la temperatura de ambos hasta 38ºC , Calcular:
a) ¿Cuál es la dilatación cúbica del tanque?
b) ¿Cuál es la dilatación cúbica del petróleo?
c) ¿Cuánto petróleo se derramará en litros y en cm3?
DILATACIÓN SUPERFICIAL
EJERCICIOS PROPUESTOS
1.- A una temperatura de 17ºC una ventana de vidrio tiene un área de 1.6 m2 . ¿Cuál será su área final al aumentar su temperatura a 32ºC ?
2.- A una temperatura d 23ºC una puerta de aluminio de 2 m de largo por 0.9m de ancho ¿Cuál será su área final al disminuir su temperatura a 12ºC ?
3.- Determine la temperatura en la cual una chapa de cobre de área 10m2 a 20ºC adquiere el valor de 10,0056 m2 , considere que su coeficiente de dilatación superficial es de 33.4 x 10-6 1/ºC.
4.- Una chapa de acero tiene un área de 36 m2 a 30ºC . Calcule su área a 50ºC y su coeficiente de dilatación superficial es de 23 x 10-6.
CALOR ESPECÍFICO
EJERCICIOS PROPUESTOS:
1.- ¿Qué cantidad de calor se debe aplicar a un trozo de plomo de 850g para que eleve su temperatura de 18ºC a 120ºC ?
2.- La temperatura inicial de una barra de aluminio de 3 Kg es de 25ºC ¿Cuál será su temperatura final si al ser calentada recibe 12,000 calorías?
3.- ¿Qué cantidad de calor necesitan 60g de agua para que su temperatura aumente de 25ºC a 100ºC ?
4.- Determine las calorías requeridas por una barra de cobre de 2.5 Kg para que su temperatura aumente de 12ºC a 300ºC .
5.- Determine el calor específico de de una muestra metálica de 400g, si al suministrarse 620 calorías aumentó su temperatura de 15ºC a 65ºC . Consulte su cuadro de calor específico e identifique de qué sustancia se trata.
6.- 2 Kg de agua se enfrían de 100ºC a 15ºC ¿Qué cantidad de calor cedieron al ambiente?
