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Resumen Calor y Temperatura
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Calor
Definición de Calor:
El calor es la energía transferida entre dos objetos a
causa de una diferencia de temperatura.
•
Dos objetos están en contacto térmico si el calor puede fluir entre
ellos.
•
Cuando la transferencia de calor entre dos objetos en contacto
térmico cesa, se encuentran en equilibrio térmico.
•
Los cuerpos no almacenan calor, los cuerpos poseen energía
interna, la cual se compone de: energía cinética de traslación,
energía cinética de rotación y energía de oscilación.
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Temperatura
Definición de Temperatura:
Esta relacionada con el grado de agitación de las
partículas de un cuerpo, mas específicamente con
su energía cinética promedio. A mayor agitación
de las partículas, mayor temperatura y viceversa.
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Escalas de Temperatura
La escala Celsius:
El agua se congela a 0° Celsius.
El agua hierve a 100° Celsius.
La escala Fahrenheit :
El agua se congela a 32° Fahrenheit .
El agua hierve a 212° Fahrenheit .
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Escalas de Temperatura
Conversión de Celsius a Fahrenheit:
Conversión de Fahrenheit a Celsius:
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Temperatura y Ley Cero de la
Termodinámica
Ley Cero de la Termodinámica:
Si un objeto A está en equilibrio térmico con otro
objeto B, y un objeto C también está en equilibrio
térmico con el objeto B, entonces los objetos A y C
estarán en equilibrio térmico si entran en contacto
térmico.
Es decir, la temperatura es el único factor que
determina si dos objetos en contacto térmico
están en equilibrio térmico o no.
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Escalas de Temperatura
La presión en un gas es proporcional a su
temperatura. La constante de proporcionalidad
es diferente para diferentes gases, pero todos
ellos alcanzan una presión cero a la misma
temperatura, lo que llamamos el cero absoluto:
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Escalas de Temperatura
La escala Kelvin es similar a la escala de
Celsius, excepto que la escala Kelvin
tiene su cero en el cero absoluto.
La conversión entre una temperatura
Celsius y una temperatura Kelvin:
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Escalas de Temperatura
Las tres escalas comparadas:
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Expansión Térmica
La mayoría de las sustancias se expanden cuando se
les calienta; el cambio en la longitud o el volumen es
proporcional al cambio en la temperatura. La constante
de proporcionalidad se denomina coeficiente de
expansión lineal.
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Expansión Térmica
Algunos valores del coeficiente de expansión
lineal.
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Expansión Térmica
La expansión superficial de un objeto sólido
plano se deriva de la expansión lineal en ambas
direcciones:
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Expansión Térmica
El cambio en el volumen de un sólido también
se deriva de la expansión lineal:
Para líquidos y gases, sólo se define el
coeficiente de expansión de volumétrico:
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Expansión Térmica
Algunos valores de coeficientes de expansion
volumétrica:
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Expansión Térmica
El agua también se expande cuando se calienta, excepto
cuando se está cerca de la congelación; que en realidad
se expande cuando se enfría de 4 ° C a 0 ° C. Por ello al
enfriar una bebida en el congelador la botella puede
estallar.
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Calor y Trabajo Mecánico
Experimentalmente se ha demostrado que el
calor es otra forma de energía.
James Joule utilizó un
dispositivo similar a
éste para medir el
equivalente
mecánico
del calor:
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Calor y Trabajo Mecánico
Una kilocaloría (kcal) se define como la cantidad de
calor necesaria para elevar la temperatura de 1 kg de
agua de 14,5 ° C a 15,5 ° C.
A través de los experimentos de Joule se pudo
encontrar el equivalente mecánico del calor:
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Capacidad Calórifica
La capacidad calórifica de un objeto es la
cantidad de calor añadido al mismo dividido por
su aumento de temperatura:
La capacidad calorífica de un cuerpo siempre es una
cantidad positiva.
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Calor Específico
La capacidad calórifica de un objeto depende de
su masa. Una cantidad que es una propiedad
sólo del material es el calor específico:
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Calor Específico
Algunos valores:
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Calor Específico
Un calorímetro es un frasco ligero aislado,
que contiene agua. Cuando un objeto se
pone en él, el agua se equilibrará
térmicamente con el objeto. Si la masa del
frasco es pequeña y el aislamiento evita que
el calor se escape:
Las temperaturas finales del objeto y el agua
serán iguales.
Así la energía total del Sistema se
conservará.
Este hecho permite calcular el calor
específico del objeto.
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Conducción, Convección, y Radiación
Conducción, convección y radiación son tres
maneras en que el calor puede ser intercambiado
entre dos cuerpos.
La conducción es el flujo de calor directo a
través de un material físico.
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Conducción, Convección, y Radiación
Experimentalmente, se ha encontrado que la
cantidad de calor Q que fluye a través de una
varilla :
• aumenta proporcionalmente al área de
sección transversal A
• aumenta proporcionalmente a la diferencia
de temperaturas entre sus extremos.
• aumenta de manera constante con el tiempo.
• disminuye con la longitud de la varilla
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Conducción, Convección, y Radiación
Combinando todo lo anterior:
La constante k se llama conductividad
térmica del material.
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Conducción, Convección, y Radiación
Algunos valores de
conductividad
térmica:
Las sustancias con alta
conductividad térmica
son buenos
conductores del calor;
los que tienen bajas
conductividades
térmicas son buenos
aislantes.
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Conducción, Convección, y Radiación
La convección es el flujo de calor a
través de liquidos y gases debido
a cambios de densidad.
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Conducción, Convección, y Radiación
Radiación: Todos los objetos emiten energía
en forma de radiación, como las ondas
electromagnéticas - infrarrojos, luz visible,
ultravioleta - que, a diferencia conducción y
convección, pueden transportar el calor a
través del vacío.
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