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TEMA 7. ENERGÍA, CALOR Y
TEMPERATURA
1. LA TEMPERATURA
 TEORÍA
CINÉTICO-MOLECULAR
PERMITE
EXPLICAR EL CONCEPTO DE TEMPERATURA A
TRAVÉS DEL MOVIMIENTO DE LAS PARTÍCULAS QUE
CONFORMAN UN CUERPO
 ESTE MOVIMIENTO SE CONOCE COMO AGITACIÓN
TÉRMICA
 TEMPERATURA: MAGNITUD FÍSICA DE UN
CUERPO RELACIONADA CON LA VELOCIDAD DE
LAS PARTÍCULAS QUE LO CONSTITUYEN
1. LA TEMPERATURA
 RELACIÓN
TEORÍA
CINÉTICO-MOLECULAR
MOVIMIENTOTÉRMICO:
Y
 LA MATERIA ESTÁ FORMADA POR PARTÍCULAS
 PARTÍCULAS EN CONTINUO MOVIMIENTO: MOVIMIENTO
TÉRMICO
 LA DISTRIBUCIÓN DEVELOCIDADES:
 ES ESTRECHA EN LOS SÓLIDOS  TODAS LAS PARTÍCULAS
VIBRAN CONVELOCIDADES PARECIDAS
 ES MAYOR EN LOS LÍQUIDOS
 ES MUY AMPLIA EN LOS GASES  LIBERTAD DE
MOVIMIENTO CASITOTAL
1. LA TEMPERATURA
 TERMÓMETRO: INSTRUMENTO FÍSICO UTILIZADO
PARA MEDIR LA TEMPERATURA
 FUNCIONAMIENTO
BASADO
EN
QUE
LAS
PROPIEDADES TERMOMÉTRICAS VARÍAN CON LA
TEMPERATURA
 TERMÓMETRO TRADICIONAL: TUBO CAPILAR DE
VIDRIO CON MERCURIO EN SU INTERIOR, QUE SE
DILATA SI AUMENTA LA TEMPERATURA Y SE CONTRAE
SI DISMINUYE
 TERMÓMETRO DE RESISTENCIA: BASADO EN LA
VARIACIÓN DE LA RESISTENCIA ELÉCTRICA DE LOS
MATERIALES EN FUNCIÓN DE LA TEMPERATURA
1. LA TEMPERATURA
 ESCALAS DE TEMPERATURA:
 ESCALA CELSIUS: PUNTOS FIJOS: TEMPERATURA DE
FUSIÓN DEL HIELO Y DE EBULLICIÓN DEL AGUA A 1
ATMÓSFERA DE PRESIÓN.
 EL INTERVALO ENTRE ESTOS DOS PUNTOS SE DIVIDE EN 100 º,
LLAMADOS GRADOS CELSIUS
 ESCALA KELVIN O ESCALA ABSOLUTA: OBTENIDA A
PARTIR DE LA MEDIDA DE LA TEMPERATURA MÁS BAJA
POSIBLE QUE PODEMOS OBTENER (-273 ºC),A LA CUAL
ASIGNAMOS ELVALOR DE 0 K
 T (K) = t (ºC) + 273,15
 0 K SE CONSIDERA UN LÍMITE INACCESIBLE EN EL CUAL LAS
PARTÍCULAS DEJARÍAN DE TENER ENERGÍA CINÉTICA
 TEMPERATURA MÁS BAJA QUE EXISTE DE FORMA NATURAL: 3 K
1. LA TEMPERATURA
 ESCALAS DE TEMPERATURA:
 ESCALA FARENHEIT: PUNTOS FIJOS: 0º F PARA LA
TEMPERATURA MÁS BAJA QUE PUDO OBTENER
EXPERIMENTALMENTE Y 96º F PARA LA TEMPERATURA DEL
CUERPO HUMANO.
 POSTERIORMENTE MEJORÓ LA ESCALA TOMANDO
COMO PUNTOS FIJOS LA TEMPERATURA DE FUSIÓN DEL
HIELO (32 ºF) Y LA DE EBULLICIÓN DEL AGUA (212 ºF) 
ASÍ, LA ESCALA FARENHEIT Y LA CELSIUS TIENEN LOS
MISMOS PUNTOS FIJOS
 t (ºF) =180/100· t (ºC) +32
2. CALOR Y ENERGÍA TÉRMICA
Forma de transferencia de energía de un cuerpo a
otro debido a la diferencia de temperatura existente entre
ambos
 CALOR:
 Interpretación atómico-molecular de esta transferencia de
energía cuando mezclamos agua fría y caliente:
 Inicialmente:
 Ecinética moléculas agua caliente > Ecinética moléculas agua fría
(moléculas de agua caliente se mueven más rápido)
 Tras la mezcla, se producen colisiones de partículas, en las cuales
se transfiere velocidad desde las moléculas más rápidas hacia las
más lentas
 Finalmente se alcanza el equilibrio térmico
2. CALOR Y ENERGÍA TÉRMICA
 LA ENERGÍA SE TRANSFIERE A NIVEL ATÓMICO-
MOLECULAR COMO ENERGÍA CINÉTICA
 EN CAMBIO, A NIVEL MACROSCÓPICO DECIMOS
QUE SE TRANSFIERE ENERGÍA TÉRMICA
 LA ENERGÍA TÉRMICA SE MIDE EN JULIOS (J),
AUNQUE TAMBIÉN SE UTILIZA LA CALORÍA (cal)
 1 cal = 4,18 J
2. CALOR Y ENERGÍA TÉRMICA
 EQUILIBRIO
TÉRMICO. PRINCIPIO CERO DE LA
TERMODINÁMICA.
 “CUANDO PONEMOS EN CONTACTO DOS SUSTANCIAS A
DIFERENTE TEMPERATURA, SE COMPRUEBA QUE EL
SISTEMA EVOLUCIONA HASTA QUE AMBAS ALCANZAN
LA MISMA TEMPERATURA (EQUILIBRIO TÉRMICO)”
 SE PRODUCE UNA TRANSFERENCIA DE ENERGÍA EN
FORMA DE CALOR DESDE EL
CUERPO QUE ESTÁ A MAYOR
TEMPERATURA HACIA EL CUERPO
QUE ESTÁ A MENOR TEMPERATURA
2. CALOR Y ENERGÍA TÉRMICA
 SI
TENEMOS UN SISTEMA FORMADO POR DOS
CUERPOS A DIFERENTE TEMPERATURA Y AISLADOS
TÉRMICAMENTE DEL EXTERIOR, SE CUMPLE LA
ECUACIÓN CALORIMÉTRICA: Q absorbido + Q desprendido = 0
 ESTA
ECUACIÓN REPRESENTA EL PRINCIPIO DE
CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA: “la energía cedida por
un cuerpo es igual a la energía absorbida por el otro
cuerpo”
 Q absorbido cuerpo a menor T = Q cedido por cuerpo a mayor T
3. CALOR Y TEMPERATURA
 LA ENERGÍA TRANSFERIDA A/POR UN CUERPO Y LA
VARIACIÓN DE TEMPERATURA QUE EXPERIMENTA EL
MISMO TIENEN LA SIGUIENTE RELACIÓN:
Q=m·c·Dt
= m·c·(t final – t inicial)
 Siempre que:
 Presión = constante
 No existan cambios de estado ni cambios químicos
 Q = energía transferida mediante calor (se mide en J)
 m = masa de la sustancia (se mide en kg)
 c = calor específico de la sustancia (energía necesaria para
aumentar 1 K la temperatura de 1 kg de sustancia). Se mide en
J/(kg·K)
 Dt = t final – t inicial = cambio de temperatura que experimenta
el cuerpo
3. CALOR Y TEMPERATURA
 CALORÍMETRO: Dispositivo
que permite medir la
transferencia de energía mediante calor y las propiedades
térmicas de las sustancias
 Consta de un recipiente aislado térmicamente del
exterior que contiene una cantidad determinada de agua
u otro líquido de calor específico conocido
 Dispone de un termómetro y de un agitador para
alcanzar rápidamente la temperatura de equilibrio
 Determinación experimental
se realiza llevando a cabo el método
de mezclas
3. CALOR Y TEMPERATURA
 MÉTODO DE MEZCLAS: Consiste en mezclar masas
conocidas de dos sustancias a diferente temperatura y
medir la temperatura final de mezcla. Para ello, es
necesario conocer el calor específico de una de las
sustancias.
 PASOS:
 Se introduce en el vaso calorimétrico una masa de agua
líquida a temperatura t1 (m1, t1)
 Se dispone otra masa de una sustancia a temperatura t2, cuyo
calor específico queremos determinar (m2, t2, ¿c2?)
 Se mezclan en el vaso calorimétrico y se mide la temperatura
final alcanzada
3. CALOR Y TEMPERATURA
 Si nuestro calorímetro está aislado térmicamente, se
cumple que: Q cedido = Q absorbido
 m agua·c agua·(t-t1) = -m sustancia·c sustancia·(t-t2)
 Siendo la única incógnita c sustancia
 Como un aislamiento térmico perfecto no existe y el propio
calorímetro también intercambia energía con las sustancias
que contiene, se define el valor equivalente en agua del
calorímetro (a), que es la masa de agua que tendría
idéntico efecto sobre el cambio de temperatura que el
calorímetro  debe determinarse experimentalmente para
cada calorímetro:
(m agua+ a) ·c agua·(t-t1) = -m sustancia·c sustancia·(t-t2)
4. CALOR Y CAMBIOS FÍSICOS
 Al calentar un cuerpo aumenta la agitación térmica de sus
partículas, lo que puede provocar cambios físicos:
 DILATACIÓN
 CAMBIOS DE ESTADO
 CAMBIO DE ESTADO
 El calor latente de cambio de estado (L) es la cantidad de
energía absorbida o desprendida por unidad de masa de
sustancia que se produce cuando ocurre un cambio de estado
a temperatura constante:
 QL = m· L
 Existen los calores latentes de:


Fusión
Vaporización
4. CALOR Y CAMBIOS FÍSICOS
 Al calentar un cuerpo aumenta la agitación térmica de sus
partículas, lo que puede provocar cambios físicos:
 DILATACIÓN
 CAMBIOS DE ESTADO
 DILATACIÓN
 Es la variación de las dimensiones de un cuerpo debido a la mayor
movilidad de las partículas que produce la agitación térmica
 La dilatación de un cuerpo se puede considerar en 1, 2 o 3
dimensiones:
 DILATACIÓN LINEAL  Cuando consideramos sólo una variación de
longitud en una de las dimensiones (las otras dos son despreciables).
 Si un cuerpo de longitud inicial L1 experimenta un cambio de temperatura
Dt = t2 – t1
L2 = L1·(1 + a · Dt)
donde a = coeficiente de dilatación lineal, característico de cada sustancia
 Ejemplo: tubos, hilos, …
4. CALOR Y CAMBIOS FÍSICOS
 DILATACIÓN
 Es la variación de las dimensiones de un cuerpo debido a la
mayor movilidad de las partículas que produce la agitación
térmica
 DILATACIÓN SUPERFICIAL  Cuando consideramos que la dilatación
lineal ocurre en dos dimensiones:
 S2 = S1·(1 + b · Dt)
donde b = 2·a = coeficiente de dilatación superficial
 DILATACIÓN CÚBICA  Cuando consideramos que la dilatación lineal
ocurre en las 3 dimensiones:
 V2 =V1·(1 + g · Dt)
donde g = 3·a = coeficiente de dilatación cúbica
5. 1er PPIO. DE LA TERMODINÁMICA
 MATERIA: ES TODO AQUELLO QUE TIENE MASA Y OCUPA UN
ESPACIO
 SISTEMA MATERIAL: PORCIÓN DE MATERIA QUE SE AISLA
PARA SU ESTUDIO
 TERMODINÁMICA: PARTE DE LA FÍSICA QUE ESTUDIA LAS
TRANSFERENCIAS DE ENERGÍA QUE SE PRODUCEN ENTRE
UN SISTEMAY SU ENTORNO
 SISTEMA ABIERTO: INTERCAMBIA MATERIA Y ENERGÍA CON EL
ENTORNO (ejemplo: vaso de precipitados abierto)
 SISTEMA CERRADO: INTERCAMBIA ENERGÍA CON EL ENTORNO,
PERO NO MATERIA (ejemplo: vaso de precipitados cerrado)
 SISTEMA AISLADO: NO INTERCAMBIA MATERIA NI ENERGÍA
(ejemplo: termo)
5. 1er PPIO. DE LA TERMODINÁMICA
 ENERGÍA INTERNA (U). ES LA SUMA DE LAS ENERGÍAS
CINÉTICA Y POTENCIAL DE TODAS LAS PARTÍCULAS QUE
FORMAN UN SISTEMA MATERIAL
 NO SE PUEDE DETERMINAR EL VALOR ABSOLUTO  U
 SÍ SE PUEDE DETERMINAR LA VARIACIÓN QUE EXPERIMENTA UN
SISTEMA EN UNA TRANSFORMACIÓN FÍSICA O QUÍMICA SI
CONOCEMOS LA ENERGÍA INTERCAMBIADA CON EL ENTORNO
MEDIANTE CALOR O TRABAJO
 TRABAJO DE EXPANSIÓN Y DE COMPRESIÓN(W). ES LA
TRANSFERENCIA DE ENERGÍA DEBIDA A LA VARIACIÓN DE
VOLUMEN QUE EXPERIMENTA EL SISTEMA EN UNA
TRANSFORMACIÓN
 Ejemplo: gas dentro de un cilindro con un émbolo móvil. La fuerza que
ejerce la presión exterior sobre el gas es F = Pext · S (S = superficie del
émbolo)
5. 1er PPIO. DE LA TERMODINÁMICA
 TRABAJO DE EXPANSIÓN Y DE COMPRESIÓN(W). ES LA
TRANSFERENCIA DE ENERGÍA DEBIDA A LA VARIACIÓN DE
VOLUMEN QUE EXPERIMENTA EL SISTEMA EN UNA
TRANSFORMACIÓN
 W = -Pext·DV = -Pext·(V2-V1) = -Pext·DV
o En la expansión, DV >0  W < 0
o En la compresión, DV <0  W > 0
5. 1er PPIO. DE LA TERMODINÁMICA
 VARIACIÓN DE ENERGÍA INTERNA DE UN SISTEMA EN UNA
TRANSFORMACIÓN:
 DU = U2 – U1
 Principio de conservación de la energía: “La energía no se crea ni se
destruye, sólo se transforma”, por lo que cualquier variación de energía
interna será consecuencia de un intercambio de energía con el entorno
mediante calor o trabajo
 PRIMER PRINCIPIO DE LA TERMODINÁMICA
DU = U2- U1 = Q + W = Q – Pext·DV
6. 2O PPIO. DE LA TERMODINÁMICA
 MÁQUINA TÉRMICA: SISTEMA CAPAZ DE CONVERTIR
ENERGÍA TÉRMICA EN MECÁNICA
 Energía térmica procedente de la combustión de un combustible
 Funcionamiento: Tiene dos focos térmicos a distinta temperatura  Se
transfiere energía desde el foco caliente hacia el foco frío, pero el
sistema puede aprovechar parte de esa energía como trabajo mecánico
(W)
 Existe una parte de energía que se emplea en calentar al foco frío, por lo
que la transformación de energía térmica en mecánica NUNCA es del
100 %
6. 2O PPIO. DE LA TERMODINÁMICA
 MÁQUINA TÉRMICA: SISTEMA CAPAZ DE CONVERTIR
ENERGÍA TÉRMICA EN MECÁNICA
 El ingeniero francés Carnot dedujo que era imposible convertir toda la
energía térmica en mecánica
 La expresión de esta restricción se conoce como SEGUNDO PRINCIPIO
DE LA TERMODINÁMICA y se enuncia a partir del rendimiento de una
máquina térmica:
Q1  Q2
W
Q2
T2


 1
 1
Q1
Q1
Q1
T1
 El rendimiento depende de la diferencia de
temperatura entre los focos: a mayor diferencia,
mayor rendimiento
6. 2O PPIO. DE LA TERMODINÁMICA
 MÁQUINA TÉRMICA: SISTEMA CAPAZ DE CONVERTIR
ENERGÍA TÉRMICA EN MECÁNICA
 DEGRADACIÓN DE LA ENERGÍA: Se produce porque parte de la energía
no se puede aprovechar, por lo que, aunque la energía total se conserva,
en cada transferencia se produce una disminución de energía útil a
causa del segundo principio de la termodinámica