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TERMODINAMICA
Luz H. Lasso
La termodinámica
puede definirse como
el tema de la Física
que estudia los
procesos en los que se
transfiere energía
como calor y como
trabajo.
Luz H. Lasso
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El calor es la transferencia de energía entre
diferentes cuerpos o diferentes zonas de un
mismo cuerpo que se encuentran a distintas
temperaturas. Este flujo siempre ocurre desde
el cuerpo de mayor temperatura hacia el
cuerpo de menor temperatura, ocurriendo la
transferencia de calor hasta que ambos cuerpos
se encuentren en equilibrio térmico.
Luz H. Lasso
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La temperatura es una magnitud referida a las
nociones comunes de caliente o fría. Por lo
general, un objeto más "caliente" que otro
puede considerarse que tiene una temperatura
mayor, y si es frío, se considera que tiene una
temperatura menor. En física, se define como
una magnitud escalar relacionada con la
energía interna de un sistema termodinámico,
definida por el principio cero de la
termodinámica.
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Más específicamente, está relacionada directamente
con la parte de la energía interna conocida como
"energía sensible", que es la energía asociada a los
movimientos de las partículas del sistema, sea en
un sentido traslacional, rotacional, o en forma de
vibraciones. A medida de que sea mayor la energía
sensible de un sistema, se observa que éste se
encuentra más "caliente"; es decir, que su
temperatura es mayor.
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
Calor absorbido por un cuerpo.
Q = c·m·Δt = c·m·(t-t0)


Si Q es positivo indica que el calor es absorbido,
en cambio se Q es negativo indica que el calor es
cedido.
Una caloria (cal) es la cantidad de calor que debe
recibir un gramo de agua para que su
temperatura aumente un grado celsius.
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es la forma de la energía que se puede
transferir de un sistema a otro como resultado
de la diferencia de temperatura.
Se propagan por:



Conducción
Convección
Radiación
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Flujo de calor a través de medios sólidos por la
vibración interna de las moléculas y de los electrones
libres y por choques entre ellas. Las moléculas y los
electrones libres de la fracción de un sistema con
temperatura alta vibran con más intensidad que las
moléculas de otras regiones del mismo sistema o de
otros sistemas en contacto con temperaturas más bajas.
Las moléculas con una velocidad más alta chocan con
las moléculas menos excitadas y transfieren parte de su
energía a las moléculas con menos energía en las
regiones más frías del sistema. Las moléculas que
absorben el excedente de energía también adquirirán
una mayor velocidad vibratoria y generarán más calor
(energía potencial -absorbe calor- <--> energía cinética emite calor).
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Por ejemplo, la conducción de calor a través de la carrocería
de un coche.
Los metales son los mejores conductores térmicos; mientras
que los materiales no metálicos son conductores térmicos
imperfectos
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La convección es una de las tres formas de
transferencia de calor y se caracteriza porque se
produce por intermedio de un fluido (aire,
agua) que transporta el calor entre zonas con
diferentes temperaturas. La convección se
produce únicamente por medio de materiales
fluidos. Estos, al calentarse, aumentan de
volumen y, por lo tanto, su densidad
disminuye y ascienden desplazando el fluido
que se encuentra en la parte superior y que está
a menor temperatura
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Lo que se llama convección en sí, es el transporte de
calor por medio de las corrientes ascendente y
descendente del fluido.
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¿Qué es calor radiante? Con el sistema de calor
radiante de ondas largas el aparato emite
ondas infrarrojas en todas las direcciones.
Estas, independientes de corrientes de aire,
calientan todos los objetos. Por tanto, se
calientan los muebles, las paredes y también las
personas en la habitación. Todos estos
materiales devuelven el calor al espacio y al
aire, lo que nos da un bienestar agradable.
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El fenómeno de la radiación consiste en la
propagación de energía en forma de ondas
electromagnéticas o partículas subatómicas a
través del vacío o de un medio material
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La experiencia muestra que los sólidos se dilatan
cuando se calientan y se contraen cuando se
enfrían. La dilatación y la contracción ocurren en
tres (3) dimensiones: largo, ancho y alto.
La dilatación de los sólidos con el aumento de la
temperatura ocurre porque aumenta la energía
térmica y esto hace que aumente las vibraciones de
los átomos y moléculas que forman el cuerpo,
haciendo que pase a posiciones de equilibrio más
alejadas que las originales. Este alejamiento mayor
de los átomos y de las moléculas del sólido
produce su dilatación en todas las direcciones.
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•A la variación en las dimensiones de un sólido
causada por calentamiento (se dilata) o
enfriamiento (se contrae) se denomina
Dilatación térmica
 La dilatación lineal es aquella en la cual
predomina la variación en una única
dimensión. largo o altura del cuerpo.
 Si calentamos esa barra hasta que la misma
sufra una variación de temperatura notaremos
que su longitud pasa a ser igual a L (conforme
podemos ver en la siguiente figura):
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Donde:
L0 = longitud inicial.
L = longitud final.
ΔL = dilatación (DL > 0) ó contracción (DL
< 0)
Δθ = θ0 – θ (variación de la temperatura)
α = es una constante de proporcionalidad
característica del material que constituye la
barra, denominada como coeficiente de
dilatación térmica lineal.
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Es aquella en que predomina la variación en
dos dimensiones, o sea, la variación del área
del cuerpo
Para estudiar este tipo de dilatación, podemos
imaginar una placa metálica de área inicial S0 y
temperatura inicial θ0. Si la calentáramos hasta
la temperatura final θ, su área pasará a tener un
valor final igual a S.
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Es aquella en que predomina la variación en
tres dimensiones, o sea, la variación del
volumen del cuerpo.
Para estudiar este tipo de dilatación, podemos
imaginar un cubo metálico de volumen inicial
V0 y la temperatura inicial θ0. Si lo calentamos
hasta la temperatura final, su volumen pasará a
tener un valor final igual a V.
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Experimentalmente se conoce que la energía calorífica
absorbida o cedida por un cuerpo es proporcional a su
masa(m) a la variación de temperatura que experimenta el
cuerpo (T) y también a la naturaleza del cuerpo.
Todo esto se relacionaría con la siguiente expresión:
Q=m c T
Que seria la cantidad de calor ganada o cedida por el
cuerpo. En la formula c es el calor especifico del cuerpo es
decir la cantidad de calor necesaria para incrementar 1ºC la
temperatura de 1 g de dicha sustancia.
La unidad de calor es la caloría (cal) o también cal-gr que es
la cantidad de calor necesaria para elevar en 1ºC la
temperatura de 1 g de H2O, también se utiliza la Kcal que es
la cantidad de calor necesaria para elevar en 1ºC la
temperatura de 1 Kg de H2O.
1 caloría= 4.18 J
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Ecuación fundamental de la calorimetría
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Q=m c ∆T
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Q... cantidad de calor
m... masa del cuerpo
c... calor específico del cuerpo
Δt... variación de temperatura
Observación: Para que el cuerpo aumente de temperatura; tiene
que recibir calor, para eso la temperatura tf debe ser mayor que la
temperatura to ; y recibe el nombre de calor recibido.
tf> to ® calor recibido (Q > 0)
Para disminuir la temperatura; tiene que ceder calor, para eso la
temperatura tf debe ser menor que la temperatura to ; y recibe el
nombre de calor cedido.
tf< to ® calor cedido (Q < 0)
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Principio: Cuando 2 o más cuerpos con
temperaturas diferentes son puestos en contacto,
ellos intercambian calor entre sí hasta alcanzar el
equilibrio térmico.
Luego, considerando un sistema térmicamente
aislado, "La cantidad de calor recibida por unos es
igual a la cantidad de calor cedida por los otros".
2do Principio: "La cantidad de calor recibida por un
sistema durante una transformación es igual a la
cantidad de calor cedida por él en la
transformación inversa".
Q absorbido = Q cedido
er
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Normalmente, una sustancia experimenta un cambio
de temperatura cuando absorbe o cede calor al
ambiente que le rodea. Sin embargo, cuando una
sustancia cambia de fase absorbe o cede calor sin que
se produzca un cambio de su temperatura. El calor Q
que es necesario aportar para que una masa m de
cierta sustancia cambie de fase es igual a
Q=mL
donde L se denomina calor latente de la sustancia y
depende del tipo de cambio de fase.
Por ejemplo, para que el agua cambie de sólido
(hielo) a líquido, a 0ºC se necesitan 334·103 J/kg. Para
que cambie de líquido a vapor a 100 ºC se precisan
2260·103 J/kg.
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Sustancia
Hielo
(agua)
Alcohol
etílico
T fusión ºC
0
-114
-94.3
5.5
Lf ·103 (J/kg)
T ebullición
ºC
334
105
96
100
78.3
Lv ·103 (J/kg)
2260
846
Acetona Benceno Aluminio
Estaño
Mercurio
Plomo
658.7
231.9
-38.9
327.3
127
322-394
59
11.73
22.5
56.2
80.2
2300
2270
356.7
1750
524
396
9220
3020
285
880
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En la figura, que no se ha hecho a escala, se muestra cómo
se va incrementando la temperatura a medida que se aporta
calor al sistema. La vaporización del agua requiere de gran
cantidad de calor como podemos observar en la gráfica
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http://es.wikipedia.org
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http://jfinternational.com/mf/termodinamica.html
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http://adrigarxia.blogspot.com/2011/06/trnsferencia-de-calory-sus-tipos.html
http://www.calor-radiante.com/1.php
http://www.fisicanet.com.ar/fisica/termoestatica/ap05_dilatacion.php
http://fisica.laguia2000.com/fisica-del-estado-solido/dilatacion-lineal-superficialy-volumetrica
http://html.rincondelvago.com/calorimetria_1.html
http://www.youtube.com/watch?v=ZQl890ugKcQ
http://www.youtube.com/watch?v=6-udN4cZ6HU&feature=relat
ed
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