¿Cómo se transmite el calor?

El calor puede transmitirse de tres formas: CONDUCCION , CONVECCION Y RADIACION

CONDUCCION: El calor se transmite mediante un medio físico generalmente un sólido, puede darse en líquidos. La conductividad térmica de los cuerpos depende de la cohesión molecular, en consecuencia es máxima en los sólidos, débiles en los líquidos y es mínima en los gases. Ej. Calentamiento de una cuchara en el café.

¿Cómo se transmite el calor? CONVECCION: La transmisión de calor en líquidos y en gases, causada por el movimiento molecular en forma de corrientes ascendente y descendentes se denomina convección. Las sustancias con mayor energía calórica tienen menor densidad por eso ascienden y viceversa. Ej acondicionamiento de aire.

RADIACION: Cuando la energía radiante choca con un cuerpo, no toda es absorbida, gran parte se refleja y el resto se transmite a través del cuerpo. Los cuerpos que absorben con facilidad irradian también con facilidad.

Cambios de estado

La teoría cinética predice que la velocidad de agitación molecular aumenta cuando sube la temperatura y disminuye cuando ésta baja, lo que causa variaciones de la energía cinética de las moléculas. Como la Energía cinética de las moléculas determina la velocidad con que estas se mueven al azar, sus variaciones originan modificaciones de las fuerzas con que las moléculas se mantienen unidas, originando de esta forma los estados de la materia

Cambios de estado

Ebullición

Fusión Vaporización Evaporación

SOLIDO LIQUIDO GASEOSO

Solidificación Licuación Condensación

(gases) (vapores)

Sublimación

PROCESOS ASOCIADOS A LOS CAMBIOS DE ESTADOT

emp

erat

ura

Se calienta el sólido

Se calienta

el líquido

Se calienta el gas

Se enfría el gas

Se enfría el líquido

Se enfría el sólido

PROCESOS EXOTERMICOS

PROCESOS ENDOTERMICOS

Fusión

Congelamiento

Condensación

Ebullición

Se añade calor

FUSION

Es el proceso de transformación de la mayoría de los sólidos en líquido, por absorción de calor.

Para fundir un gramo de una sustancia en su punto de fusión, se requiere una cantidad de calor igual a su calor de fusión Cf. Para fundir m gramos será necesaria una cantidad de calor m veces mayor

Q = m • Cf cf hielo= 334,9 J/g= 80 cal/g

Variación de volumen con la fusión

Todos los sólidos dilatan al fundirse Hielo, hierro y bismuto, son excepciones,

ya que al contraerse con la fusión, el líquido resulta más denso que su respectivo sólido.

Por ej. 1000 cm3 de hielo al fundirse, dan solo 910 cm3

Variación del punto de fusión con la presión

El punto de fusión de los sólidos que se dilatan al fundirse se eleva cuando aumenta la presión y baja cuando ésta disminuye.

El punto de fusión de los sólidos que se contraen al fundirse baja cuando aumenta la presión y sube cuando ésta disminuye.

FUSIÓN

Sustancia Calor de fusión en cal/g

Punto normal de fusión en ºC

hielo 80 0

cobre 41 1080

Hierro 49 1200

Zinc 23 419

Plata 21 961

El calor de fusión del hielo es 80 cal/gr, significa que para fundir un gramo de hielo, en su punto normal de fusión, se requieren 80 calorías, o bien, que para fundir un kilogramo, en iguales condiciones, se necesitan 80 kilocalorías.

SOLIDIFICACION

La solidificación es el proceso de transformación de un líquido en sólido, por desprendimiento de calor. Por cada gramo de un líquido que se solidifica se desprende una cantidad de calor igual a su calor de solidificación cs

Q = m • cs

La fuerza de expansión que se desarrolla por la solidificación del agua, puede ocasionar la ruptura de las cañerías de distribución del agua potable en el invierno.

Variación del volumen con la solidificación

El volumen de los líquidos que se solidifican experimenta el fenómeno contrario al del volumen de los sólidos respectivos al fundirse, todos se contraen al solidificarse con excepción del agua, hierro y bismuto líquidos, que se dilatan al transformarse en sólidos

Esto origina en el agua un fenómeno llamado sobre-enfriamiento o sobre-fusión.

VAPORIZACION

Es el proceso de transformación de un líquido en vapor, por absorción de calor.

Cuando este proceso se realiza lentamente y sin turbulencia visible de la masa del líquido se habla de evaporación o vaporización.

Factores que influyen en la vaporización

a. Naturaleza del líquido: algunos líquidos se evaporan mas rápidamente que otros.

b. Temperatura: a mayor temperatura mayor velocidad de vaporización.

c. Superficie libre del líquido: a mayor superficie libre mayor velocidad de vaporización.

d. Presión: a menor Presión, mayor velocidad de vaporización

e. Movimiento del aire sobre la superficie libre del líquido: a mayor movimiento mayor velocidad de vaporización

EBULLICION

Es la vaporización rápida y turbulenta de un líquido en forma de burbujas que agitan toda su masa. Cada líquido hierve a una temperatura distinta, la cual permanece constante mientras dura la ebullición. Esta temperatura se denomina punto de ebullición del líquido.

Todo líquido hierve cuando su presión de vapor es igual a la presión que soporta su superficie libre.

Factores que influyen en el punto de ebullición

a. La presión exterior: a menor presión menor punto de ebullición Ej: ollas a presión. El punto de ebullición de un líquido depende directamente de la presión que soporta su superficie libre.

b. La profundidad del líquido: la presión hidrostática se suma a la atmosférica retardando la ebullición, o sea elevando su punto de ebullición.

c. Los gases disueltos en el líquido: el aire o cualquier otro gas disuelto en el líquido acelera el proceso de ebullición, por lo cual, a mayor cantidad de gas disuelto, más bajo punto de ebullición.

d. Las sales de disolución: retardan el proceso, por lo cual hacen subir el punto de ebullición.

EBULLICIÓN

Líquido Punto normal de ebullición en ºC

Calor de ebullición en cal/gr

Agua 100 540

Alcohol etílico 78,3 204

Mercurio 357 65

Éter 34,6 84

Todo líquido hierve cuando la presión de sus vapores es igual a la presión que soporta su superficie libre.

Tabla de variación del punto de ebullición del agua con la presión

Presión en mm de Hg

Temperatura en ºC

Presión en mm de Hg

Temperatura en ºC

1,96 -10 355,4 80

3,02 -5 526 90

4,22 -1 760 100

4,58 0 1074 110

9,21 10 3569 150

92,6 50 11650 200

149,6 60 64300 300

233,9 70

EVAPORACION

Es el paso lento de líquido a vapor, sin turbulencia visible de su masa.

Características: Se produce solo en la superficie libre del

líquido. Se produce a cualquier temperatura. Va acompañado de un enfriamiento del líquido

y del recipiente y aún de los cueros próximos, llamado frío de evaporación.

CONDENSACION Proceso de transformación de un vapor en

líquido, por desprendimiento de calor. Se puede conseguir comprimiendo, o

combinando compresión con enfriamiento. El calor desprendido por el vapor de agua al

condensarse tiene una importante aplicación práctica en la calefacción de habitaciones, esto se debe a que el agua tiene uno de los mas altos calores específicos y también uno de los calores de condensación mas elevados (2269,4 J/g= 539 cal/g)

¿Qué cantidad de calor se requiere para transformar un trozo de hielo de 500g que está a -5°C en vapor de agua a 100 °C?

Q=mct Q=mcf Q=mct Q=mcv

hielo hielo agua agua vapor

-5ºC 0ºC 0ºC 100ºC 100ºC

t= 5ºC t=0ºC t=100ºC t=0ºC

Solución:

Desarrollo:

Q1= m ch t = 500 g x 0,5 cal/g°C x 5°C= 1.250 cal

Q2= m cf = 500 g x 80 cal/g = 40.000 cal

Q3= m ca t = 500 g x 1 cal/g°C x100°C= 50.000 cal

Q4= m cv = 500,0 g x 540cal/g = 270.000 cal

Qt= Q1 + Q2 + Q3 + Q4= 361.250 cal

Cuánto calor se debe suministrar a 100 gramos de hielo a -10ºC para convertirlos en vapor de agua a 110ºC en condiciones normales.

Q=mct Q=mcf Q=mct Q=mcv Q=mct

hielo hielo agua agua vapor vapor

-10ºC 0ºC 0ºC 100ºC 100ºC 110ºC

t=10ºC t=0ºC t=100ºC t=0ºC t=10ºC

Desarrollo:

Q1= m ch t = 100 g x 0,5 cal/g°C x 10ºC = 500 cal

Q2= m cf = 100 g x 80 cal/g = 8.000 cal

Q3= m ca t = 100 g x 1 cal/g°C x100°C = 10.000cal

Q4= m cv = 100 g x 540 cal/g = 54.000cal

Q5= m ca t = 100g x 0,5 cal/gºC x10ºC = 500 cal

Qt= Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 =73.000 cal

Problemas propuestos1. Calcula la energía necesaria para fundir 50 gramos de hielo a una

temperatura de 0ºC

2. Calcula la energía necesaria para fundir 100 gramos de hielo a 0ºC y calentarlos luego a 30ºC

3. Calcula la energía que absorben 20 gramos de agua a 100ºC que transforman en vapor de agua a 100ºC.

4. Calcula la energía que desprenden 20 gramos de agua a 100ºC que se condensan y se enfrían después a 0ºC.

5. La evaporación es un proceso de enfriamiento. ¿Qué es lo que se enfría y que se calienta durante la evaporación?

6. La condensación es un proceso de calentamiento. ¿Qué es lo que se calienta y qué se enfría durante la condensación?

7. Puedes determinar la dirección del viento si humedeces tu dedo y lo humedeces en el aire. Explica a qué se debe esto.

8. Menciona dos razones por las que el café se enfría más rápidamente si lo vertimos en un plato que si lo vertimos en una taza.

9. En un día de campo, ¿por qué es mejor envolver una botella en un trapo húmedo para enfriarla que colocarla en un cubo de agua fría?

10. ¿Por qué la temperatura constante del agua que hierve sobre la estufa es una prueba de que la ebullición es un proceso de enfriamiento? ¿Qué le ocurriría a la temperatura si la ebullición no fuese un proceso de enfriamiento?

11. ¿Se cocerán más pronto unas papas en una olla con agua si ésta hierve vigorosamente que si lo hace con suavidad?

12. Si en una habitación pequeña y sin calefacción hay una tina llena de agua caliente, por más frio que haga, la temperatura de la habitación no descenderá a menos de 0ºC . ¿Por qué?

13. En los días fríos de invierno las ventanas se humedecen por dentro. ¿A qué se debe esto?

14. En una noche despejada ¿Por qué se forma más rocío en un campo abierto que bajo un árbol o una banca en un parque?