Transferencia de energía: calor

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Esquema de contenidos

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ESQUEMA INTERNET INICIO

Temperatura de los cuerpos. Calor

El cero absoluto

Efectos del calor sobre los cuerpos

Energía térmica y trabajo mecánico

Transformación entre calor y trabajo

Equivalencia entre calor y trabajo

La máquina de vapor

El motor de explosión

Rendimiento de las máquinas térmicas

Máquinas frigoríficas

Cambio de temperatura

El calorímetro

Cambios de estado. Puntos de fusión y ebullición

Dilatación de los sólidos

Cambios de estado

Dilatación de los líquidos

Escalas termométricas Calor y equilibrio térmico

Transmisión de calor

Para empezar, experimenta y piensa

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Corrientes de convección

Retiramos la tarjeta

Líquido coloreado caliente

Líquido sin colorear frío

Tarjeta que separa ambas las boquillas

El líquido frío baja y el caliente sube. Al cabo del tiempo todo el líquido

está coloreado por igual y a la misma temperatura.

El cero absoluto

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Aumento de temperatura

Aumento de la velocidad de las partículas

T = 0 K T = 300 K T = 1000 K

EL CERO ABSOLUTO: -273,15º C

Según la teoría cinética, las partículas se mueven más o menos libremente dependiendo del estado físico. Cuanto más rápido se mueven, mayor es la temperatura de la sustancia

Escalas termométricas

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KELVIN CELSIUS FAHRENHEIT

373 K

273 K

0 K - 273 ºC

0 ºC

100 ºC

- 459 ºF

32 ºF

212 ºF

Calor y equilibrio térmico

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El calor o energía térmica es la energía que se intercambia cuando se ponen en contacto dos cuerpos que están a distinta temperatura, o cuando se produce un cambio de estado.

Cuando dos cuerpos a diferente temperatura se ponen en contacto el tiempo suficiente, sus temperaturas se igualan. Están en equilibrio térmico.

Agua caliente

Agua fría

Agua con temperatura intermedia

50

30

10

Transmisión de calor

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CONDUCCIÓN CONVECCIÓN

RADIACIÓN

La conducción es el modo en que se transmitela energía térmica en los sólidos. La energía se propagagracias a los choques que se producen entre las partículas «calientes» y sus vecinas.

La convección es el modo en que se transmite la energía térmica en los fluidos (líquidos y gases). La energía se propaga porque se produce un transporte de materia.

La radiación es el modo en que se transmite la energía térmica entre dos cuerpos sin que exista ningún tipo de contacto material entre ellos. Se propaga por medio de ondas electromagnéticas y es la única forma en que se transmite energía térmica en el vacío.

Partículas del sólido

Sentido de propagación del calor por conducción.

Partículas del gas

Partículas del líquido

El aire caliente sube

El aire frío baja

Cambio de temperatura

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20 2020

5080 70

Agua Agua Aceite

Encendemos los hornillos. Diez minutos después…

La temperatura que un cuerpo alcanza al absorber calor depende de su masa y del tipo de materia que lo forme.

Se denomina calor específico (ce) de una sustancia a la cantidad de calor que hay que comunicar a 1 g de la misma para que su temperatura aumente 1 K. En el SI se mide en J/(kg K).⋅

El calorímetro

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Termómetro

Vacío

Aislante

Agitador

El calorímetro se utiliza para determinar calores específicas de sustancias

Cambios de estado

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Sólido Líquido Gas

FUSIÓN VAPORIZACIÓN

SOLIDIFICACIÓNLICUACIÓN O CONDENSACIÓN

SUBLIMACIÓN

SUBLIMACIÓN INVERSA

-20

0

100

T (ºC)

0 4 8 2012 16 2824 t (min)

Cambios de estado. Puntos de fusión y ebullición

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Sólido

Líquido

Gas

Se produce el cambio de estado de sólido a líquido. La temperatura no varía.

Toda la sustancia está en estado líquido

Cambio de estado de líquido a gas. No varía la temperatura

Toda la sustancia está en estado gaseoso.

PUNTO DE EBULLICIÓN O VAPORIZACIÓN

PUNTO DE FUSIÓN

PUNTO DE CONDENSACIÓN

PUNTO DE SOLIDIFICACIÓN

COINCIDE CON

COINCIDE CON

Dilatación de los sólidos

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Coeficiente de dilatación lineal α Coeficiente de dilatación cúbico γCoeficiente de dilatación superficial β

Para tener en cuenta los efectos de la dilatación, en el diseño de estructuras se dejan juntas de dilatación.Coeficientes de dilatación lineal.

A

Dilatación de los líquidos

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Hasta la marca A el contenido del matraz es de 100 mL.

Si se calienta el matraz, éste se dilata antes que el líquido y los 100 mL se corresponderían con la marca B

Si el matraz tuviese líquido hasta el nivel A, al calentarse, llegaría al nivel C.

A

Agua caliente

B A

B

C

Dilatación aparente (A-C)

Dilatación real (B-C)Dilatación del matraz

Transformación entre calor y trabajo

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TRANSFORMACIÓN DE ENERGÍA TÉRMICA EN TRABAJO MECÁNICO

TRANSFORMACIÓN DE ENERGÍA MECÁNICA EN ENERGÍA TÉRMICA

Energía

Energía útil Energía

térmica

Émbolo

Calor

Equivalencia entre calor y trabajo

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Se llama equivalente mecánico del calor a la relación entre el trabajo realizado y el calor que puede producir: 1 cal = 4,18 J; o bien 1J = 0,24 cal.

Experiencia de Joule

Termómetro

Aspas

Agua

Eje

Pesas

Las pesas caen a la vez y mueven las aspas y aumenta la temperatura del agua.

A

C

B

A

C

La máquina de vapor

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Vapor

Agua

Combustible

Mientras se produzca vapor en la caldera, el movimiento del émbolo se transmite a la biela y hace que se mueva la rueda.

FASE DE ESCAPE

FASE DE ADMISIÓN

Desplazamiento

Rueda

El motor de explosión

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ADMISIÓN COMPRESIÓN EXPLOSIÓN ESCAPE

Se abre la válvula de escape y los gases son expulsados.

Salta la chispa en la bujía y la mezcla explota. Los gases producidos lanzan el émbolo hacia abajo, transmitiendo el movimiento a la biela.

El pistón sube y comprime la mezcla.

La mezcla gasolina-aire entra por la válvula de admisión, que se abre mientras el pistón baja.

Bujía

Válvula de escape

Cilindro

Biela

Válvula de admisión

Pistón

Rendimiento de las máquinas térmicas

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FOCO CALIENTE

FOCO FRÍO

MÁQUINA

En una máquina térmica el trabajo realizado es igual al calor absorbido (Q1) menos el calor cedido (Q2),

W = Q1 - Q2

Q1

Q2

Rendimiento = · 100 Trabajo producido

Energía consumida

· 100 W

Q1

Q1

Q1- Q2· 100

Rendimiento

Máquinas frigoríficas

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Ventilador del evaporador

Evaporador

Compresor

Ventilador del compresor

Indicador de temperatura Control de temperatura

Desagüe

Condensador

FOCO CALIENTE

FOCO FRÍO

MÁQUINA TÉRMICA

Qf

Qc

W

Enlaces de interés

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Calor y temperatura

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Calentamiento global

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