calor y temperatura

TEMA 3 CALOR Y TEMPERATURA La historia nos enseña que el descubrimiento del fuego, como fuente de luz y de calor, cambió la vida de las gentes. Fue defensa contra las inclemencias del tiempo y contra los ataques de las fieras, permitió la cocción de los alimentos, y muchos años después propició el trata miento de los metales. En la actualidad, el uso de la energía calorífica (carbón, petróleo...) es base fundamental de nuestro desarrollo tecnológico. Puntos de partida: Materia. Todo lo que ocupa un lugar en el espacio. Soporte de propiedades y de fenómenos. Todo cambio exige una variación de energía en el sistema. Divisibilidad de la materia. La materia es divisible en partículas más pequeñas: moléculas, átomos e iones. Energía. Capacidad para realizar trabajo. La unidad internacional de trabajo y de energía es el julio (J). Principio de conservación. El valor de la energía de un sistema material aislado es constante, aunque pueden producirse transformaciones de un tipo de energía en otro u otros.

Tempertura (nivel térmico, caliente – frío) Un filamento incandescente a 2000º C tiene mucha temperatura y poca energía térmica o calorífica

La temperatura se interpreta como el «nivel de energía interna» que tiene un cuerpo; de hecho, es una magnitud que se relaciona con la velocidad con que se mueven las partículas de un cuerpo. No es lo

mismo que

1.- El calor: Energía en tránsito Se denomina calor a la energía que pasa de un cuerpo a otro cuando, estando inicialmente a distinta temperatura, se ponen en contacto

Un depósito de agua a 40 ºC, tiene “poca” temperatura pero mucha energía térmica.

Ley del equilibrio térmico: Cuando se ponen en contacto dos cuerpos a distinta temperatura, el calor pasa del cuerpo mas caliente al más frío hasta que los dos alcanzan la misma temperatura

Pero están relacionados

Página 40 : Dibujo el líquido pasa de A a B y Dibujo del calor pasa de A a B Actividades 1,2 3

DPTO. FÍSICA Y QUÍMICA IES ALVARO DE MENDAÑA CURSO 08/09

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Pag. 41: Dibujo equivalencia entre las escalas termométricas. Actividades 4,5,6

Pag. 42. Actividades 8,9,10

3.- El calor y la dilatación de los cuerpos Prácticamente todos los cuerpos aumentan de tamaño al calentarlos, fenómeno que en Física se conoce como dilatación térmica. En el caso de los sólidos se distinguen las dilataciones: lineal, superficial y cúbica, en los líquidos y en los gases se considera la dilatación cúbica

Dilatación lineal Cuando el sólido tiene forma de barra o de alambre, el aumento de volumen se aprecia más como «aumento de longitud»;

Dilatación anómala del agua: el agua tiene una dilatación anómala entre 0ºC y 4 ºC, en ese intervalo tiene un coeficiente de dilatación negativo y debido a ello aumenta de volumen al descender la temperatura y al congelar ocupa mayor volumen. Por ello puede reventar una tubería o un recipiente.

Importancia de la dilatación a) Construcción de termómetros b) Juntas de dilatación en puentes y edificios c) Holgura entre los raíles del tren d) Diseños de tendidos eléctricos.

Dilatación superficial: Si tiene forma de lámina o chapa, se acusa mucho más un aumento de superficie y se habla de dilatación superficial.

Dilatación cúbica En cambio, si su forma es «normal» (no hay predominio de largo o de ancho), es cuando cobra verdadero sentido hablar de dilatación cúbica.

Dilatación en los sólidos depende: a) Del valor inicial de la magnitud b) Del aumento de temperatura c) De la naturaleza de la sustancia

2.- Medidas de temperatura y de calor. Como magnitudes físicas que son, la temperatura y el calor se pueden medir.

Tempertura (con el termómetro) los llamados termómetros de dilatación, formados por un depósito largo y estrecho que contiene mercurio en su interior (capilar de mercurio). Que se dilata al aumentar la temperatura.

Caloría (cal): es la cantidad de calor que precisa 1 gramo de agua para aumentar su temperatura 1 grado Celsius. 1 J = 0,24 cal. Kilocaloría (kcal) es la cantidad de calor que precisa 1 kilogramo de agua para aumentar su temperatura 1 grado Celsius. 1 kcal= 1 000 cal.

El calor es una energía (con el calorímetro) debe expresarse en julios. Sin embargo, es más frecuente expresar su valor en función del aumento de temperatura que produce en una determinada cantidad de agua. Así se definieron la caloría y la kilocaloría

Escala Celsius o centígrada cero (0 °C) a la longitud que adquiere el mercurio del capilar cuando el termómetro se introduce en hielo en fusión. cien (100 °C) a la longitud que presenta el mercurio cuando el termómetro se introduce en agua hirviendo.

Escala Kelvin o Absoluta se utiliza internacionalmente y adopta como punto cero (0 K) aquella temperatura en la que cesa todo movimiento de moléculas. Este «cero de verdad» coincide con — 273,15 °C. Por tanto: T = t + 273


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4.- El calor y los cambios de estado El calor ganado o perdido por un cuerpo es la causa de que ese cuerpo cambie de estado

Cambios de estado Al calentar una sustancia se modifican, debilitándose, esas fuerzas de cohesión y, para un valor de temperatura, la sustancia pasa de un estado de agregación a otro con mayor libertad molecular. Evidentemente, al enfriar sucede el fenómeno contrario. En el primer caso se dice que el cambio de estado fue progresivo; en el segundo, regresivo.

Ebullición:.a) Tumultuoso, rápido b) Solo a la tª de ebullición c) En toda la masa

En los cambios de estado, tener en cuenta a) Influye la presión exterior, si bien esta influencia es relativamente poco acusada en los fenómenos de fusión y de solidificación. b) Cada sustancia cambia de estado a una temperatura en concreto (punto de fusión, punto de ebullición...), que depende de su naturaleza y del valor de la presión exterior a la que esté sometida. c) Mientras dura el cambio de estado la temperatura de la sustancia permanece constante, ya que el calor puesto en juego no modifica la velocidad de las partículas, sino la energía que las une.

Estados de agregación de la materia La materia se presenta en tres estados de agregación distintos: sólido, líquido y gaseoso, caracterizados por las fuerzas de cohesión que unen entre sí a las partículas que forman una sustancia

Evaporación:. a) Lento b) A cualquier tª c) Sólo en superficie

Vaporización: Paso de líquido a gas

Página 43 : Dibujo cambios de estado Actividades 11,12,13


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Actividades 14,15 y 16.

6.- Calor y trabajo mecánico

Es una forma de energía: Fue en el siglo XIX cuando se descubrió (Rumford, Davy, etc.) que el calor es una forma más de la energía —en realidad, una transferencia de energía entre cuerpos— y, por tanto, capaz de transformación en otras formas de energía o en trabajo.

La revolución Industrial: En el siglo XIX, especialmente en su segunda mitad, cuando la industria apuesta por el calor (obtenido entonces por combustión del carbón) como fuente importante de energía destinada a la producción de trabajo mecánico. Protagoniza la llamada Revolución Industrial. Poco tiempo después entra en escena el petróleo. Las principales industrias relacionadas son: La industria del ferrocarril. La industria del automóvil. La industria aeronáutica. La industria naviera. La industria eléctrica.

El calórico Durante muchos años se supuso que el calor era algo así como un algo invisible y sin peso (un ‘éter») que pasaba de los cuerpos calientes a los fríos hasta igualar sus temperaturas. Los sabios de la época lo llamaban calórico.

5.- Formas de propagación del calor El calor, como energía en tránsito, puede propagarse entre dos o más cuerpos de varias formas diferentes

b) Convección Es propia de líquidos y gases, y se debe a que las moléculas de estas sustancias, cuando están calientes, tienden a subir hacia la superficie y las frías a bajar al fondo. La calefacción y ventilación doméstica se fundamentan en este fenómeno.

Conductores y aislantes Existen sustancias sólidas que ofrecen una gran facilidad a la conducción del calor. Se les llama conductores. Son muy buenos conductores los metales y las aleaciones metálicas (aceros, bronces, latones...). Las sustancias no metálicas sólidas, en especial las orgánicas, los polímeros y los gases y líquidos (a excepción del mercurio) conducen mal el calor y, por eso, se les llama aislantes.

a) ConducciónEs propia de los sólidos y puede interpretarse como la propagación de una energía mediante la vibración de partículas del medio. En general, los metales y las sustancias metálicas (por ejemplo: aleaciones) conducen bien el calor; las sustancias no metálicas, mal. Por eso, aquellos dispositivos cuyo manejo se haga en caliente (sartenes, cacerolas, planchas...) están provistos de asas o mangos de madera o de plástico.

Radiación No precisa de «soporte material» y se entiende admitiendo que el calor, como la luz, tiene una naturaleza de ondas electromagnéticas y, por tanto, también puede transmitirse en el vacío.

Página 45: Actividades 17 y 18


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7.- La termodinámica es una ciencia muy actual y de gran importancia industrial y técnica, estudia las transformaciones mutuas entre el calor y otras formas de energía, especialmente el trabajo.

Las máquinas térmicas (máquinas que transforman calor en trabajo mecánico)

Primer principio Para que una máquina produzca una determinada cantidad de energía ha de consumir, como mínimo, una cantidad igual de calor.

El tercer principio: afirma que el cero absoluto no puede alcanzarse por ningún procedimiento que conste de un número finito de pasos. Es posible acercarse indefinidamente al cero absoluto, pero nunca se puede llegar a él.

Los principios de la Termodinámica

Segundo principio Es imposible que una máquina térmica tenga un rendimiento del cien por cien; siempre se produce menos energía que la que corresponde al calor suministrado. Además, el calor ha de fluir desde un foco caliente a otro frío.

Partes o elementos

Órganos transformadores de la energía y del movimiento producido Foco Frío donde se

recibe parte del calor producido en el foco caliente

Foco caliente donde se produce el calor al quemar un combustible.

Máquinas de combustión interna. El foco caliente está en el interior de la máquina (caso del motor de un coche)

Máquinas de combustión externa. El foco caliente está en el exterior de la máquina (caso de la locomotora de vapor) Rendimiento: es la energía

mecánica útil que produce por cada 100 julios de energía calorífica que recibe.

100.Trecibido

Tútilrend

Página 46. Dibujo de Trabajo producido en una máquina térmica. Y ejercicio resuelto de la página 47. Actividades 19,20 y 21


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8.- Los combustibles como fuente de energía para

Centrales térmicas Se llevan a cabo dos procesos a) Transforman el calor en energía mecánica b) Transformación de la energía mecánica en energía eléctrica. El suele ser menor del 50 %

Máquinas térmicas:. (motores de explosión y calderas de vapor) transforman el calor en energía mecánica

Página 47.- Actividades 22,23 y 24.

La lluvia ácida En la combustión de carbón y de hidrocarburos (gasolinas, gasóleos, fuelóleos...) se generan óxidos de azufre y de nitrógeno causantes de la llamada lluvia ácida, muy perjudicial para la vida en el planeta.

9.- Los problemas del calor Nuestra civilización (tal es el grado de su desarrollo tecnológico) exige el consumo de grandes cantidades de energía cuyas fuentes primarias son los combustibles fósiles (carbón y petróleo), la energía hidráulica, la nuclear y la eólica. El carbón y el petróleo son las de mayor importancia. Los beneficios son enormes, pero también hay inconvenientes

Excesivo efecto invernadero: En tales combustiones también se produce dióxido de carbono, uno de los gases causantes del efecto invernadero, y, en consecuencia, agente del cambio climático y la desertización.

Destrucción de la capa de ozono (en la estratosfera): proceso que se ve acelerado no sólo por los contaminantes que emiten las centrales sino también por los productos utilizados en aerosoles y en refrigeración (Los CFCs o productos orgánicos clorofluorocarbonados)

Lee un artículo sobre alguno de estos temas contaminación, lluvia ácida, desertización, cambio climático. Indica las referencias para que el profesor pueda localizar dicho artículo y haz un resumen de 10 líneas.


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calor y temperatura

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