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Ing. Nelson Velásquez
Calor
 Es energía en tránsito.
 Cuando un cuerpo recibe calor aumenta su
energía interna.
 Cuando un cuerpo pierde calor disminuye su
energía interna.
Energía interna
 Es la sumatoria de las energías cinética y
potencial de las moléculas de un cuerpo.
 Entre mayor es el movimiento de vibración,
giro o desplazamiento de las moléculas,
mayor es la energía interna.
Energía Interna
Energía Interna
Consecuencias de la Energía Interna
 El aumento de energía interna lleva en primer término
a la dilatación o expansión térmica de los cuerpos.
 En segundo término, al cambio de estado físico.
Sólido → Líquido → Gas → Plasma
 Aumento de la Energía interna →
La dilatación o expansión térmica
depende de:
 Del cambio de temperatura que sufre el cuerpo.
 Si el cuerpo aumenta la T°, se expande. Pero
si la T° disminuye, el cuerpo se contrae.
 A mayor cambio de temperatura, mayor
dilatación o contracción.
 Del tipo de material de que está hecho.
 Pues cada material tiene su propio
coeficiente de dilatación.
Aplicaciones tecnológicas de la
expansión térmica o dilatación
Espaciado entre estructuras sólidas
Termómetros
Ensambles a presión
Dilatación
Termostatos
Caso especial: el hielo flota
Envasado y enlatado al vacío de alimentos
Buzo de Descartes y submarinos
Aplicaciones tecnológicas del
cambio de estado
Ciclo del agua.
Moldeado de sólidos: metales, plásticos, hielo, etc.
Cambio de
estado
La refrigeración.
Calderas de vapor.
Gases envasados.
Líquidos y sólidos criogénicos (hielo seco, nitrógeno
líquido, etc.)
PROPAGACIÓN DEL CALOR
Contacto térmico
 Es la situación entre dos cuerpos que
permite que se transfieran calor.
Equilibrio térmico
 Es la situación entre dos cuerpos en
contacto térmico en la que no hay
intercambio neto de calor.
Temperatura
 Es la medida de la
energía interna y se
basa habitualmente
en el contacto
térmico, equilibrio
térmico y la
dilatación de los
cuerpos.
Es la forma en que el calor pasa de un cuerpo a
otro.
Conducción
Formas de
propagación
del calor
Convección
Radiación
Conducción
El calor se propaga a
través de un medio
sólido
Según la capacidad de conducción del
calor, los materiales se clasifican en:
Conductores
Materiales
Aislantes
Aplicaciones de la propagación del
calor
Materiales conductores
Conducción
Hornillas y parrillas
Ollas y sartenes
Papel aluminio
Resistencias
Fierro para marcar
Cautín para soldar estaño
Materiales aislantes
Ropa, abrigos, frazadas
Equipo protector
Mangos de ollas y sartenes
Hieleras y termos
Capa aislante de las paredes
Capa de grasa subcutánea de
mamíferos acuáticos
Convección
El calor se
propaga a
través de un
medio fluido
(líquido o gas).
El fluido se
mueve o fluye
de la fuente de
calor a las
porciones frías.
Aplicaciones de la propagación del
calor
Ocurrencia y predicción del Clima
Ventanas en los edificios
Calefacción
Convección
Globos aerostáticos de aire caliente
Invernaderos (convección retenida)
Ventiladores (convección forzada)
Sistemas de enfriamiento (convección forzada)
Producción del campo magnético terrestre
Importancia geológica de la
convección del magma
RADIACIÓN
El calor se propaga en el vacío o sin
necesidad de un medio.
El calor se propaga por ondas
electromagnéticas (principalmente
radiación infrarroja). Todo cuerpo
con temperatura arriba de cero
kelvin emite radiación infrarroja.
Cinturones de Van Allen
Son campos magnéticos que provienen del centro ferroso del planeta.
Protegen al planeta de la excesiva radiación solar que incineraría la vida
sobre la tierra.
Aplicaciones de la propagación del
calor
Luz y calor Solar
Bombillas incandescentes
Colores de la ropa según la estación
Termómetro de oído
Radiación
Termografías y visión nocturna
Frasco de Dewar
Protección reflejante de los artefactos espaciales
Invernaderos (retención de radiación infrarroja)
Efecto invernadero por contaminación
Se estudiarán las más conocidas en orden de su aparición:
Fahrenheit, Celsius y Kelvin.
Escala Fahrenheit
 Fue propuesta en 1,709 por Daniel Gabriel Fahrenheit,
físico empírico alemán, radicado en Ámsterdam (Holanda)
cuando ésta era la capital europea de los instrumentos
científicos de precisión.
 Se dedicó a soplador vidrios (hacía vasos). Pero también
fabricó termómetros que funcionaban con agua y con
mercurio.
 Calibró su escala con los siguientes puntos:
 Una mezcla de hielo + cloruro de amonio: 0° F
 La temperatura media del cuerpo humano: 96 °F
 Esta escala es muy utilizada en EE.UU., Gran Bretaña y sus
colonias y excolonias.
Escala Celsius
 Fue propuesta en 1,742 por Anders Celsius, físico y
astrónomo sueco.
 Su idea era simplificar la escala de Fahrenheit
sustituyéndola por otra basada en 100 grados en su
calibración, por lo que en un principio se le llamó
“centígrada”. Otro aporte es que utilizaba el agua como
sustancia de referencia en la calibración.
 Calibró su escala con los siguientes puntos:
 Punto de congelación del agua/fusión del hielo: 0° C
 Punto de ebullición del agua/condensación del vapor: 100 °C
 Esta escala es muy utilizada en la mayoría de países,
sobretodo en los que utilizan medidas del sistema métrico
decimal.
Escala Kelvin o Absoluta
 Fue propuesta en 1,709 por William Thomson, físico y
matemático inglés, quien destacó por sus importantes trabajos
en el campo de la termodinámica y la electrónica gracias a sus
profundos conocimientos de análisis matemático, entre otros,
por el descubrimiento y cálculo del cero absoluto, temperatura
mínima alcanzable por la materia en la cual las partículas de una
sustancia quedan inertes y sin movimiento. El cero absoluto se
encuentra en los -273,15° Celsius, que se convirtió en el cero de su
escala. Un grado kelvin es igual a un grado Celsius.
 Construyó termómetros de gas y su descubrimiento lo realizó
calculando los coeficientes de dilatación de distintos gases.
 Esta escala es utilizada principalmente por el sistema
internacional de unidades y en el mundo científico.
Es la parte de la física que estudia la transformación de
calor en trabajo y viceversa.
Se rige por 4 Leyes que inciden no sólo en los fenómenos
térmicos sino en el funcionamiento del universo entero y
tienen grandes implicaciones para el ser humano.
1ra. Ley de la Termodinámica
 La energía no se crea ni se destruye sólo
se transforma (o se transfiere).
 Un cambio en la energía interna de un
sistema se cuantifica por el calor y el
trabajo transferidos al mismo.
1ra. Ley de la Termodinámica
 La existencia de un cuerpo implica el
contenido de energía en él. Pero,
además, implica una energía adicional
para abrirse un espacio qué ocupar.
 La sumatoria de ambas energías
mínimas esenciales se llama Entalpía.
2da. Ley de la Termodinámica
 La energía fluye espontáneamente desde
los cuerpos de mayor temperatura hacia los
de menor temperatura.
 Ninguna transferencia o transformación de
energía es 100% eficiente, siempre se
produce un residuo no utilizable en forma
de energía térmica (entropía).
2da. Ley de la Termodinámica
 Es más eficiente convertir trabajo en
calor que calor en trabajo, debido a la
entropía.
 La entropía del universo aumenta en
todos los procesos naturales y lleva
lenta pero progresivamente al desorden
(o a un orden no deseado).
2da. Ley de la Termodinámica
 En la sucesión de los procesos naturales
y artificiales se convertirán todas las
formas de energía en calor, debido a la
entropía.
3ra. Ley de la Termodinámica
 Puede establecerse un mínimo para la
energía interna, pero no un máximo.
 La entropía para un sistema a cero
kelvin es cero o el mínimo posible.
Ley Cero de la Termodinámica
 La transferencia neta de energía entre
dos cuerpos a la misma temperatura y
en contacto térmico, es cero.
 A consecuencia de la 2da. Ley y la
ley cero, el universo está condenado
a la llamada “Muerte Térmica”.