calor 3
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Tema I: Calor
1.Introducción. Estados de la materia
Calor y Temperatura
¿¿Calor = Temperatura ??
¿Qué es la energía térmica o calor de un cuerpo?
¿Qué representa la temperatura de un cuerpo?
¿Cuál tiene una mayor energía térmica o calor?
¿Cuál está más caliente y cuál más frío?
Calor y temperatura.Diferencias
To
Q1 Q2=
T1 T2?
Calor y temperatura
To
Q1 Q2=
T1 T2>
Calor y temperatura
To
Q1 Q2
T1 T2
?
=
Calor y temperatura
To
Q1 Q2
T1 T2
<
=
Calor y temperatura
2. Termómetros
Termómetro digital
Termómetro de mercurio
Termopar
Escalas termométricas
)32(9
5 FC
ºC = ºK - 273
ºK = ºC + 273
325
9 CF
¿Cero absoluto de temperaturas?
3. Dilatación
¿A qué se debe?
¿Se dilata más un líquido o un gas?
¿Los sólidos también se dilatan?
Dilatación lineal
¿Se dilata sólo en una dirección?
0TTT f
Tll o
)1( Tll o
0lll
¿ΔT>0 siempre?
Coeficiente de dilatación lineal
Tl
l
o
1)(: CUnidades
¿Qué representa λ?
¿Es lo mismo variación absoluta que variación relativa?
Coeficiente de dilatación lineal.Ejemplos
2m
To
To + 1 ?
λ = 1 ºC-1
Coeficiente de dilatación lineal.Ejemplos
2m
T=To
T=To+1
λ = 1 ºC-1
4m
Δl=2m
Coeficiente de dilatación lineal.Ejemplos
2m
To
To + 1 ?
λ = 2 ºC-1
Coeficiente de dilatación lineal.Ejemplos
2m
To
To + 1
λ = 2 ºC-1
6m
Δl=4m
Coeficiente de dilatación lineal.Ejemplos
2m
To
To + 1 ?
λ = 1/2 ºC-1
Coeficiente de dilatación lineal.Ejemplos
2m
To
To + 1
λ = 1/2 ºC-1
3m
Δl=1m
Coeficiente de dilatación lineal.Ejemplos
2m
To
To + 1 ?
λ = 1/10 ºC-1
Coeficiente de dilatación lineal.Ejemplos
2m
To
To + 1
λ = 1/10 ºC-1
2,2m
Δl=0,2m
Ejemplo: un tubo de hierro para conducir vapor tiene 60m de longitud a 0ºC. ¿ Cuánto aumentará
su longitud cuando se caliente a 100 ºC ?
16 )(1010 Chierro
Ejemplo: un tubo de hierro para conducir vapor tiene 60m de longitud a 0ºC. ¿ Cuánto aumentará
su longitud cuando se caliente a 100 ºC ?
1516 )(10)(1010 CChierro
cmmlTll o 606,01006010 5
CTTT inicialfinal 1000100
Dilatación superficial
So
lo
bo
S
l
b
To
Tf
Dilatación superficial
blS
ooo blS
So
lo
bo
S
l
b
To
Tf
Dilatación superficial
blS
ooo blS
)1( Tbb o So
lo
bo
S
l
b
)1( Tll o
To
Tf
Dilatación superficial
blS
ooo blS
)1( Tbb o So
lo
bo
S
l
b
)1( Tll o
)21(
))(21(
)1(
)1()1(
2
2
TS
TTS
Tbl
TbTl
blS
o
o
oo
oo
?¿ 2
To
Tf
Dilatación superficial
blS
ooo blS
)1( Tbb o So
lo
bo
S
l
b
)1( Tll o
)21(
))(21(
)1(
)1()1(
2
2
TS
TTS
Tbl
TbTl
blS
o
o
oo
oo
)1( TSS o 2
Coeficiente de dilatación superficial β
TS
S
o
1)(: CUnidades
¿Qué representa β?
2
Coeficiente de dilatación superficial. Ejemplos
To
To + 1 ?
β = 1 ºC-1
24m
Coeficiente de dilatación superficial. Ejemplos
To
To + 1
β = 1 ºC-1
24m
28m
24mS
Coeficiente de dilatación superficial. Ejemplos
To
To + 1 ?
β = 1/4 ºC-1
24m
Coeficiente de dilatación superficial. Ejemplos
To
To + 1
β = 1/4 ºC-1
24m
25m
21mS
Coeficiente de dilatación superficial. Ejemplos
To
To + 1 ?
24m
1
1
)(2,0
)(10
2
C
C
Coeficiente de dilatación superficial. Ejemplos
To
To + 1
24m
1
1
)(2,0
)(10
2
C
C
28,4 m
28,0 mS
Ejemplo:Un eje de acero tiene un diámetro de 10 cm a 30ºC. Calcular la temperatura que deberá existir para que
encaje perfectamente en un agujero de 9,997cm de diámetro.
16 )(1011 Cacero
SoTo
ST
Ejemplo:Un eje de acero tiene un diámetro de 10 cm a 30ºC. Calcular la temperatura que deberá existir para que
encaje perfectamente en un agujero de 9,997cm de diámetro.
16 )(1011 Cacero
SoTo
ST
cmd
rcmd ooo 5
2
10
210
cmd
rcmd 9985,42
997,9
2997,9
Ejemplo:Un eje de acero tiene un diámetro de 10 cm a 30ºC. Calcular la temperatura que deberá existir para que
encaje perfectamente en un agujero de 9,997cm de diámetro.
16 )(1011 Cacero
SoTo
ST
cmd
rcmd ooo 5
2
10
210
cmd
rcmd 9985,42
997,9
2997,9
222 54.785 cmrS oo
222 49.789985,4 cmrS
Ejemplo:Un eje de acero tiene un diámetro de 10 cm a 30ºC. Calcular la temperatura que deberá existir para que
encaje perfectamente en un agujero de 9,997cm de diámetro.
16 )(1011 Cacero
SoTo
ST
cmd
rcmd ooo 5
2
10
210
cmd
rcmd 9985,42
997,9
2997,9
222 54.785 cmrS oo
222 49.789985,4 cmrS 205,054.7849.78 cmSSS o
1566 )(102,21022101122 C
Ejemplo:Un eje de acero tiene un diámetro de 10 cm a 30ºC. Calcular la temperatura que deberá existir para que
encaje perfectamente en un agujero de 9,997cm de diámetro.
16 )(1011 Cacero
SoTo
ST
cmd
rcmd ooo 5
2
10
210
cmd
rcmd 9985,42
997,9
2997,9
222 54.785 cmrS oo
222 49.789985,4 cmrS
205,054.7849.78 cmSSS o 1566 )(102,21022101122 C
CTTTTTT
CS
STTSS
oo
oo
06,194,2830
94,2854,78102,2
05,05
Dilatación cúbica
TVV
TVV
o
o
)1(
31)(:
Cunidades
TV
V
o
ToT
Variación de la densidad con la temperatura
¿densidad?V
m
Variación de la densidad con la temperatura
V
m
0T
0T
0T
?
Variación de la densidad con la temperatura
V
m
oT 0
oT 0
oT 0
Variación de la densidad con la temperatura
VoToρo
m
VTρm
Variación de la densidad con la temperatura
mToρo
Vo
mTρV
V
m
oo V
m
Variación de la densidad con la temperatura
mToρo
Vo
mTρV
)1( TV
m
V
m
o
oo V
m
Variación de la densidad con la temperatura
mToρo
Vo
mTρV
)1( TV
m
V
m
o
)1( To
?
Variación de la densidad con la temperatura
mToρo
Vo
mTρV
)1( TV
m
V
m
o
)1( To
oT 0
oT 0
oT 0
Ejemplo: la densidad del mercurio a 0ºC es 13,6 g/cm3 y su coeficiente de dilatación cúbica es γ=1,82·10-4(ºC)-1
Calcular la densidad del mercurio a 50 ºC
Ejemplo: la densidad del mercurio a 0ºC es 13,6 g/cm3 y su coeficiente de dilatación cúbica es γ=1,82·10-4(ºC)-1
Calcular la densidad del mercurio a 50 ºC
3
34
48,130091,1
6,13
)0091,01(
6,13
)10·1,91(
6,13
)50·10·82,11(
6,13
)1(
cm
g
To
CTTT o 50050
4. Calorimetría. Principios fundamentales.
¿Temperatura=Calor?
¿Conducción= Convección= Radiación?
4. Calorimetría. Principios fundamentales.
1er Principio
2º Principio
3er Principio
5.Unidades de calor.
¿Julio= ergio= caloría?
5.Unidades de calor.
Caloría>Julio>Ergio
.
5.Unidades de calor.
ErgioscmDmNJcmDErgio
mNJ 725 1010·10·11·11
·11
ErgiosJulio
Julioscal7101
18.41
caloría frigoría
5.Unidades de calor.
430kcal
5. Calor específico
¿Se calientan con la misma facilidad ambas cucharas?
¿De qué factores depende?
5. Calor específico
¿Definición de calor específico c ?
Ckg
kcal
Cg
calUnidades
:
Calor específico
?¿ 21 cc 1
2
Calor específico del agua
¿Cuál es el calor específico del agua?
Calor específico del agua
Cg
calcagua
·
1¡¡Dato de problema!!
5. Calor específico
???··
1Ckg
kcal
Cg
calcagua
5. Calor específico
Ckg
kcal
Cg
calcagua
·
1·
1
5. Calor específico de otros materiales
6. Calor absorbido o cedido
¿Cuántas calorías necesitaremos para subir 3 grados su temperatura?
Viga de hierro
M=100kg
6. Calor absorbido o cedido
kgm
Ckg
kcalchierro
100
·11,0
kcalCkgCkg
kcalQ 333100
·11,0
6. Calor absorbido o cedido
Masa m
Calor específico c
TcmQ
6. Calor absorbido o cedido.
T=90°CT=15°C
Tequilibrio
6. Calor absorbido o cedido.
T=90°CT=15°C
Qcedido
Qabsorbido
2º Principio
??¿¿
TcmTcm
QQ absorbidocedido
6. Calor absorbido o cedido.
T=90°CT=15°C
T=30°CC
T
60
3090
CT 151530
6. Calor absorbido o cedido
TcmQ
0T
Ejemplo: a) Hallar la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de 100 g de cobre
desde 10°C a 100°C .B) Suponiendo que a 100g de aluminio a 10°C se le suministrase la cantidad de calor obtenida en a), deducir qué cuerpo, el cobre o el aluminio, estará
más caliente.
Cg
calc
Cg
calc
ALUMINIO
cobre
·217,0
·093,0
7. Cambios de estado.
7. Curva de ebullición del agua