Unidad-Física Térmica(2da Parte)

7/26/2019 Unidad-Física Térmica(2da Parte)

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FUERZA Y ENERGÍA POTENCIALFUERZA Y ENERGÍA POTENCIAL

La fuerzas que mantiene unidas a las partículas (átomos y

mo cu as son as uerzas e ectromagn t cas y as

gravitacionales, sin embargo las fuerzas electromagnéticasson muchos mayores que las fuerzas gravitacionales por lo

ue estas ultimas se ueden des reciar.

Iónicos

Enlaces

pr mar os e cos

Covalentes

secundariosVanderwaals

Hidrógeno

38Marcos Guerrero

E F EPW E

Δ−=

Marcos Guerrero 39

E E −=

Marcos Guerrero 40

EP E Δ r E

Δ−=

•El negativo de la pendiente de una gráfica energía potencia

eléctrica vs. la distancia de separación entre partículas nos da

la fuerza eléctrica.

•La forma asimétrica de la gráfica fuerza eléctrica vs. la

distancia de separación entre partículas con respecto al punto

de equilibrio nos indica la existencia de las diferentes fases.

posición de equilibrio, las partículas comenzarán a tener un

M.A.S.

•Dos artículas están en e uilibrio cuando tienen la mínima

energía potencial eléctrica entre ellas.

Marcos Guerrero 41

Marcos Guerrero 42

Marcos Guerrero 43

DILATACIÓN TÉRMICA .DILATACIÓN TÉRMICA . También llamado expansión térmica.

Es un fenómeno que cambia las dimensiones al cambiar la.

La dilatación térmica puede ser lineal, superficial yvolumétrica (real).

a gran mayor a e os o e os o sus anc a se a an aaumentar la temperatura.

44Marcos Guerrero

COEFICIENTES DE DILATACIÓNCOEFICIENTES DE DILATACIÓN. .

Sustancia α ( )1º −C

erro . x -

Aluminio 22.4 x 10 -6

Plata 18.3 x 10 -6

Plomo 27.3 x 10 -6

Níquel 12.5 x 10 -6

Acero 11.5 x 10 -6

nc . x -

Vidrio 7.3 x 10 -6

Marcos Guerrero 46

Marcos Guerrero 47

Marcos Guerrero 48

Marcos Guerrero 49

Marcos Guerrero 50

Marcos Guerrero 51

• a er a so r p co =α en as res mens ones: argo, anc o y a ura.

•α propiedad térmica que depende del tipo de material.

•α de ende de T δ .

•Al aplicar δ se cambia α (muy pequeño).

•α cambia más con la T.

La unidad de α en el SI es (también, debido al tamaño de

los grados que son iguales).

=Δ=Δ

Marcos Guerrero 52

11 º −− ∨ C K

Para roducir una transmisión de calor de

un cuerpo a otro es necesario que estoscuer os ten an diferentes tem eraturas.

fuente, y al de menor se lo llama receptor.

53Marcos Guerrero

Existen 3 tipos para transmitir calor:

Conducción: se lleva a cabo sin movimiento relativo de las partículas que

componen los cuerpos y es el caso de los sólidos, pero puede ocurrir en

fluidos en reposo. La transferencia es debido a los choques entre

partículas.

Convección: se lleva a cabo con un movimiento relativo de las partículas

que componen el cuerpo, y es el caso de los fluidos en movimiento.

Radiación: es la transferencia del calor mediante ondas

electromagnéticas.

54Marcos Guerrero

Puede haber conducción cuando existe contacto térmico

Estos cuerpos pueden ser de igual o de diferente material.

La transmisión de calor por conducción es el resultado de las

colisiones entre las partículas que tienen mayor energía y que

menor energía.

55Marcos Guerrero

La cantidad de calor (∆Q) que fluye a través de un cuerpo

por conducción depende :

1.Del intervalo de tiempo (∆t) que fluye el calor.

2.Del área (A) que es perpendicular al flujo de calor.

3.El cambio de temperatura (∆T) que existe entre losextremos del cuerpo.

4.Espesor del cuerpo (∆x).

5. on uct v a t rm ca .

56Marcos Guerrero

Conductividad térmicaConductividad térmicaEs una propiedad térmica propia de cada material y depende:

1.La tem eratura a la ue se encuentra el material.

2.El esfuerzo aplicado al material (no varía mucho).F

−T T A

T T K C

Δ−=

Qel fluyeque Rapidezcon

T kA H

)(msK J k

⎟ ⎠

⎞⎜⎝

J W H 11

57Marcos Guerrero

Sustancia Cond. Térmica C sm

314Metales

(25ºC)

Asbesto

Concreto

Vidrio

Caucho

Metales

Aire 0.0234

Madera

0.0234

Gases(20ºC)

58Marcos Guerrero

0 0.0238

movimiento de los fluidos (líquidos y gases).

Los líquidos y gases son malos conductores, sinem argo a mov a e as part cu as e u o

permite la transferencia de calor por

convecc n.

59Marcos Guerrero

Ti os de convección:Ti os de convección:1. Convección natural o libre, cuando el movimiento del fluido es debido a

diferencia de densidades. Esto es por diferencias de temperaturas del.

↓↑↑ ρV T

60Marcos Guerrero

2. Convección forzada, cuando el fluido se mueve mediante un medio

61Marcos Guerrero

Figure 14Figure 14--88Convection currents in a pot of water being heated on a stove.Convection currents in a pot of water being heated on a stove.

Figure 14Figure 14--99Convection plays a role in heating a houseConvection plays a role in heating a house

La convección: La calefacción y la refrigeración.

Si te has fijado los aparatos de calefacción se colocan abajo, mientras que los de aireacon iciona o se ponen a tos. eguro que si as enten i o os procesos e convecci nsabrás por qué.

64Marcos Guerrero

La convección: La calefacción y la refrigeración.

Si te has fijado los aparatos de calefacción se colocan abajo, mientras que los de aire

acon iciona o se ponen a tos. eguro que si as enten i o os procesos e convecci nsabrás por qué.

65Marcos Guerrero

Fórmula: T hA H Δ=

• H: rapidez con la que fluye el calor .

• A: área de contacto entre la pared y la masa del fluido en movimiento.

movimiento.• h: coeficiente de conveccíón y depende:

1. Pared sea plana o curva.

2. Pared sea horizontal o vertical.

4. ρ, k, viscosidad y Ce del fluido.

5. Vrms del fluido, bastante pequeña para que el régimen sea laminar, o

bastante grande para que sea turbulento.6. Si hay evaporación, condensación o formación de películas en la

superficie del fluido.

66Marcos Guerrero

El aire se enfría cuando sube porque se expande y hay menos choques. Loque disminuye la energía cinética y por en de la T también.

El aire se calienta cuando baja porque hay más choques (menor presión

atmosférica) lo que aumenta la energía cinética y la temperatura aumenta.

∝= PT nRT PV

↑→↑

↓→↓

T P baja

T P sube

67Marcos Guerrero

RadiaciónRadiación

Es el proceso de transferencia de calor por ondas electromagnéticas.

Todos los objetos irradian energía continuamente en forma de ondase ectromagn t cas.

Ley de Stefan-Boltzmann:

La energía total radiada por un cuerpo por unidad de tiempo

(potencia) es proporcional a la cuarta potencia de su temperatura

absoluta.

68Marcos Guerrero

•P: otencia irradiada or el ob eto W •σ: constante de Boltzmann

•A: área de la superficie del objeto.( )

428106696.5 −−−× K Wm

•T: temperatura absoluta (K).

•e: emisividad (# adimensional que se define como la razón entre la

radiación emitida por una superficie y la radiación emitida si fuera un

cuerpo negro a la misma temperatura).

•e=1 un cuerpo negro.10 ≤≤ e

Se denomina cuerpo negro el que absorbe todas las radiaciones

incidentes y no refleja ninguna de ellas. Pese a no reflejar la radiaciónincidente, el cuerpo negro irradia cierta energía a distintas longitudes de

Marcos Guerrero 69

Todos los cuerpos a mas de irradiar energía en forma de ondas

e ectromagn ticas, tam i n a sor en energ a, por a tanto a potencia neta ser :

0e NETA −= σ

del medio que rodea al cuerpo.

Marcos Guerrero 70

¿Cómo se puede explicar este fenómeno?

Para entender por qué emiten radiación los objetos ponga muchaatención a las siguientes consideraciones:

Un átomo puede emitir radiación (como la luz) cuando uno de sus

electrones pierde energía y así pasa a un orbital de menor energía.

Un átomo uede absorber radiación cuando uno de sus electrones

gana energía y así pasa a un orbital de mayor energía.

mov m en o e os omos en un o e o pro uce c oques o

vibraciones que estimulan la emisión y absorción de radiación.

Marcos Guerrero 73

Un aumento en la temperatura de un objeto representa un aumento de

la energía cinética de movimiento de sus átomos.

Grafica de los espectros de emisión deGrafica de los espectros de emisión de

cuerpos negros a i erentes temperaturas.cuerpos negros a i erentes temperaturas.

Marcos Guerrero 75

La ley de Wien nos dice cómo cambia el color de la radiación cuando

varía la temperatura de la fuente emisora, y ayuda a entender cómo

.•Los objetos con una mayor temperatura emiten la mayoría de su

radiación en longitudes de onda más cortas; por lo tanto parecerán ser

más azules .

•Los objetos con menor temperatura emiten la mayoría de su radiación en

longitudes de onda más largas; por lo tanto parecerán ser más rojos .

λmax T = 2,9 x10-3 m K

Marcos Guerrero 76

un cuerpo negro se puede sustituir con gran aproximación por una

cavidad con una e ueña abertura. La ener ía radiante incidente través

de la abertura, es absorbida por las paredes en múltiples reflexiones y

solamente una mínima proporción escapa (se refleja) a través de la

abertura.

Marcos Guerrero 77

FRASCO DE DEWAR.FRASCO DE DEWAR.

El frasco de Dewar , es un recipiente inventado por Sir James

Dewar (1842 – 1923), que tiene por objeto disminuir las pérdidas de calor

por con ucc n, convecc n o ra ac n. u u za para a macenar líquidos, fríos o calientes, y es el equivalente a un termo convencional.

Marcos Guerrero 79

Pro iedades térmicas de la materiaPro iedades térmicas de la materiaPorque se incrementa la temperatura de un objeto?

Cuando un objeto se calienta sufre un incremento de temperatura quede ende de 3 factores:

Energía térmica dada al objeto (∆Q).

Masa de objetos (m).Tipo de material del que está hecho el objeto.

80Marcos Guerrero

También es llamada capacidad térmica absoluta o

capacidad calorífica y se define como:

→Δδ

el objeto.

•La capacidad calorífica es diferente aunque sean del mismo material.

•Propiedad térmica característica de cada material.

•En sólidos y líquidos (no son tan compresibles), C cambia

apreciablemente debido al cambio de P (casi constante).

81Marcos Guerrero

Cantidad de calor requerida para aumentar su temperatura en 1K.111 −−−

ca o am n o

Marcos Guerrero 82

Ca acidad calorífica es ecífica cCa acidad calorífica es ecífica c

También es llamado capacidad térmica específica o calores ecífico se define:

mC T T Δ

= →Δ→Δ 00 lim

Las unidades en el SI es el )ºlgº( 11111 −−−−− C ca oC Jg K Jkg

de su masa.

en sólidos y líquidos, el calor específico es prácticamente constante.

83Marcos Guerrero

Cantidad de calor requerida para aumentar 1 kg de masa de una111 −−−

. ca o am n o

Marcos Guerrero 84

Table 14Table 14--11S ecific Heats at 1S ecific Heats at 1 atmatmconstant pressure andconstant pressure and2020°°C unless otherwiseC unless otherwisestated)stated)

Unidades de calorUnidades de calor

Caloría (cal): se define como la cantidad de calor necesariapara elevar la temperatura de 1 gramo de agua de 14.5ºC a

Kilocaloría Kcal : se define como la cantidad de calornecesaria para elevar la temperatura de 1 kilogramo de aguade 14.5ºC a 15.5ºC.

Unidad térmica británica (BTU): se define como lacantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de 1

º º .

cal BTU

cal Kcal

86Marcos Guerrero

La calorimetría utiliza la ley de la conservación de la

energía y sirve para determinar el calor específico,

material.

Existen 2 métodos:

2.El método eléctrico

87Marcos Guerrero

Procedimiento:

1. e m en as masas

2. Se miden las temperaturas3. Se mezclan las tres sustancias.

C B A m m m ,

C B A T yT T ,

4. Se mide ET TermómetroTapones

Agitador

Aislante térmico

re s an e rm co

Recipiente de vidrio cT m c c ,,Mezcla de las sustancias A y B

88Marcos Guerrero

Figure 14Figure 14--44Si iSi i

Simple water calorimeter.Simple water calorimeter.

Unidad-Física Térmica(2da Parte)

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Física General Volumen II, 2da Edición - José María De Juana.pdf

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