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CONCEPTOS BÁSICOS DE TERMODINÁMICA
La Termodinámica es una rama de la física que estudia los fenómenos
relacionados con el calor.
El Calor, es energía en tránsito; los cuerpos ceden o ganan calor.
La Temperatura, se define como una magnitud relacionada con la
energía interna de un sistema termodinámico. Más específicamente,
relacionada con la parte de la energía interna conocida como «energía
cinética», 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 cinética
de un sistema, se observa que éste se encuentra más «caliente»; es
decir, que su temperatura es mayor.
MEDIDA DE LA TEMPERATURA
El termómetro es el instrumento
utilizado para medir la
temperatura. Su funcionamiento
se basa en dos hechos:
Las propiedades de los cuerpos
al variar la temperatura.
La temperatura adquirida por
dos cuerpos en contacto.
MEDIDA DE LA TEMPERATURA
La lectura del termómetro se
realiza en una escala graduada en
función de la altura alcanzada por
el mercurio. Es usual medir la
temperatura en grados
centígrados (°C), en el S.I. se
utiliza grados Kelvin (°K) y en el
sistema británico se mide en
grados Fahrenheit (°F).
MEDIDA DE LA TEMPERATURA
La escala Celsius o centígrados, recibió su nombre
en honor al astrónomo Andrew Celsius, basa en un
punto de congelación del agua de 0 C y un punto de
ebullición del agua de 100 C.
La escala Kelvin fue nombrada en honor al físico
William Thomson, barón Kelvin. El agua hierve a
373,15 K y se congela a 273,15 K.
La escala Fahrenheit, llamada así en honor al físico
Daniel Gabriel Fahrenheit. Esta escala cuenta con
un punto de ebullición del agua de 212 F y un
punto de congelación del agua de 32 F.
MEDIDA DEL CALOR
Para medir la cantidad de calor se utilizan dos
unidades de medida:
oLa caloría (cal) que se define como la
cantidad de calor que debe absorber un
gramo de agua para que su temperatura
aumente en un grado centígrado.
oEn el S.I. el julio (J)
La equivalencia entre las dos unidades es:
1 cal=4,186J
CALOR Y VARIACIÓN DE LA TEMPERATURA:
Cuando un cuerpo absorbe calor, se produce calentamiento o aumento en su
temperatura y cuando cede calor se produce enfriamiento o disminución de la
temperatura:
• Relación entre el calor suministrado y el aumento de temperatura para una masa
constante de una sustancia: cuando se suministra calor a una sustancia y se
produce aumento de temperatura, la cantidad de calor suministrado es
directamente proporcional a dicho aumento de temperatura.
• Relación entre el calor suministrado y la masa para un aumento constante de
temperatura de una misma sustancia: cuando se suministra calor a diferentes
masas de la misma sustancia y en todos los casos se produce el mismo aumento
de temperatura, la cantidad de calor suministrado es directamente proporcional a
la masa de la sustancia.
• Relación entre el calor suministrado y el material del cual está constituida la
sustancia para las masas y aumentos de temperatura constantes: cuando se
suministra calor a iguales masas de diferentes sustanciasen las cuales se
producen iguales aumentos de temperatura, el calor suministrado depende del
material del cual están constituidas las sustancias.
CALOR ESPECÍFICO (ce)
El calor específico de un material es la cantidad de calor que se debe
suministrar a un gramo de una sustancia para que su temperatura
aumente en un grado centígrado.
Calor específico de algunas sustancias:
La cantidad de calor se expresa como:
Q=m*ce*CT
Donde:
m, masa del cuerpo
Ce, calor específico
CT, variación de la temperatura (Tf – Ti)
El equilibrio térmico. Cuando dos cuerpos se ponen en contacto a
diferente temperatura, después de determinado tiempo alxanzan la
misma temperatura; por lo que se dice que los dos cuerpos alcanzan el
equilibrio térmico.
Qabs = -Qced
TRANSMISIÓN DE CALOR.
CONDUCCIÓN:
CONVECCIÓN
RADIACIÓN
La
conducción
es
la
transferencia
térmica
obtenida
por
contacto
directo. El pescado que se
enfría por contacto directo
con el hielo experimenta una
transferencia térmica por
conducción.
La
convección
es
la
transferencia térmica causada
por el movimiento natural o
forzado de un fluido (líquido o
gas). El pescado de una cámara
de refrigeración se puede
enfriar por transmisión térmica
convectiva debido a la
circulación del aire, ya sea
natural o provocada por un
ventilador.
La transferencia térmica por
radiación desde una fuente de calor
hacia un cuerpo se efectúa sin que
se caliente el espacio intermedio y
sin necesidad de un material
intermedio. El pescado que
permanece descubierto al aire libre
absorbe el calor irradiado por el sol;
y el que está expuesto a una fuente
luminosa en un espacio cerrado
también
experimenta
una
transferencia térmica radiante.
LA DILATACIÓN
Se denomina dilatación térmica al aumento de longitud, volumen o
alguna otra dimensión métrica que sufre un cuerpo físico debido al
aumento de temperatura que se provoca en él por cualquier medio.
DILATACIÓN EN SOLIDOS:
Dilatación lineal: Es aquella en la cual predomina la variación en una
única dimensión, o sea, en el ancho, largo o altura del cuerpo. El
coeficiente de dilatación lineal, designado por αL, para una dimensión
lineal cualquiera, se puede medir experimentalmente comparando el
valor de dicha magnitud antes y después.
DILATACIÓN EN SOLIDOS:
Dilatación Volumétrica: Es el coeficiente de dilatación volumétrico,
designado por αV, se mide experimentalmente comparando el valor del
volumen total de un cuerpo antes y después de cierto cambio de
temperatura.
Dilatación superficial: Cuando un área o superficie se dilata, lo hace
incrementando sus dimensiones en la misma proporción. Por ejemplo,
una lámina metálica aumenta su largo y ancho, lo que significa un
incremento de área. La dilatación superficial se diferencia de la
dilatación lineal porque implica un incremento de área.
DILATACIÓN EN LÍQUIDOS:
Los líquidos se caracterizan por
dilatarse al aumentar la
temperatura, siendo su dilatación
volumétrica unas diez veces mayor
que la de los sólidos.
DILATACIÓN EN GASES:
Los gases encerrados en un
recipiente que se pueda estirar
libremente aumentan de volumen al
calentarse. Ya sabemos que los
sólidos y los líquidos se dilatan con la
temperatura pero los gases lo hacen
en mucha mayor proporción.
FASES DELA MATERIA.
La materia puede encontrarse en 3 fases: liquido, sólido, gaseoso y más
recientemente el plasma. La fase en la cual se encuentren las sustancias depende
de varios factores: la estructura interna, la temperatura y la presión.
• Punto de fusión: es la temperatura a la cual se encuentra el equilibrio de fases
sólido-líquido, es decir la materia pasa de estado sólido a estado líquido, se
funde. Este depende de la presión.
• Punto de ebullición: es aquella temperatura en la cual la presión de vapor del
líquido iguala a la presión de vapor del medio en el que se encuentra. Es la
temperatura a la cual la materia cambia del estado líquido al estado gaseoso.
• El calor latente es la energía requerida por una cantidad de sustancia para
cambiar de fase, de sólido a líquido (calor de fusión) o de líquido a gaseoso (calor
de vaporización). Se debe tener en cuenta que esta energía en forma de calor se
invierte para el cambio de fase y no para un aumento de la temperatura.
CAMBIOS DE FASE: