Fisica

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Calor

El calor siempre se transfiere entre diferentes cuerpos o diferentes zonas de un mismo cuerpo que se encuentran a diferentes temperaturas y el flujo de calor siempre ocurre desde el cuerpo de mayor temperatura hacia el cuerpo de menor temperatura, ocurriendo la transferencia de calor hasta que ambos cuerpos se encuentren en equilibrio térmico.

El calor puede ser transferido por diferentes mecanismos, entre los que cabe reseñar la radiación, la conducción y la convección.

La unidad de medida del calor en el Sistema Internacional de Unidades es la misma que la de la energía y el trabajo: el Joule (unidad de medida) Joule.

Otra unidad ampliamente utilizada para la cantidad de energía térmica intercambiada es la caloría (cal), que es la cantidad de energía que hay que suministrar a un gramo de agua a 1 atmósfera de presión para elevar su temperatura de 14,5 a 15,5 grados celsius. La caloría también es conocida como caloría pequeña, en comparación con la kilocaloría (kcal), que se conoce como caloría grande y es utilizada en nutrición.

1 kcal = 1000 cal

Joule, tras múltiples experimentaciones en las que el movimiento de unas palas, impulsadas por un juego de pesas, se movían en el interior de un recipiente con agua, estableció el equivalente mecánico del calor, determinando el incremento de temperatura que se producía en el fluido como consecuencia de los rozamientos producidos por la agitación de las palas:

1 cal = 4,184 J

• Q es el calor aportado al sistema
• m es la masa del sistema
• c es el calor específico del sistema
• ΔT es el incremento de temperatura que experimenta el sistema

Cambios de fase

Artículo principal: Estado de agregación

En la naturaleza existen tres estados usuales de la materia : sólido, líquido y gaseoso. Al aplicarle calor a una sustancia, ésta puede cambiar de un estado a otro. A estos procesos se les conoce como Cambios de Fase. Los posibles cambios de fase son:

• de estado sólido a líquido, llamado fusión,
• de estado líquido a sólido, llamado solidificación,
• de estado líquido a gaseoso, llamado evaporación o vaporización,
• de estado gaseoso a líquido, llamado condensación,
• de estado sólido a gaseoso, llamado sublimación progresiva,
• de estado gaseoso a sólido, llamado sublimación regresiva o deposición,
• de estado gaseoso a plasma, llamado ionización.

Transmisión de calor

El calor puede ser transmitido de tres formas distintas: por conducción, por convección o por radiación.

• Conducción térmica: es el proceso que se produce por contacto térmico entre dos cuerpos, debido al contacto directo entre las partículas individuales de los cuerpos que están a diferentes temperaturas, lo que produce que las partículas lleguen al equilibrio térmico. Ej: cuchara metálica en la taza de té.

• Convección térmica: sólo se produce en fluidos (líquidos o gases), ya que implica movimiento de volúmenes de fluido de regiones que están a una temperatura, a regiones que están a otra temperatura. El transporte de calor está inseparablemente ligado al movimiento del propio medio. Ej.: los calefactores dentro de la casa.

• Radiación térmica: es el proceso por el cual se transmite a través de ondas electromagnéticas. Implica doble transformación de la energía para llegar al cuerpo al que se va a propagar: primero de energía térmica a radiante y luego viceversa. Ej.: La energía solar.

La conducción pura se presenta sólo en materiales sólidos.

La convección siempre está acompañada de la conducción, debido al contacto directo entre partículas de distinta temperatura en un líquido o gas en movimiento.

En el caso de la conducción, la temperatura de calentamiento depende del tipo de material, de la sección del cuerpo y del largo del cuerpo. Esto explica porqué algunos cuerpos se calientan más rápido que otros a pesar de tener exactamente la misma forma, y que se les entregue la misma cantidad de calor.

Conductividad térmica

La conductividad térmica de un cuerpo está dada por:

;

donde:

Q es el calor entregado,

Δt es el intervalo de tiempo durante el cual se entregó calor,

A es la sección del cuerpo,

L es la longitud, y

ΔT es el incremento en la temperatura.

KINESTÉSICA:

¿Qué cantidad de calor necesita absorber un trozo de cobre cuya masa es 25g si se encuentra a una temperatura de 8ºC y se desea que alcance una temperatura final de 20ºC?

Datos:

Q = x

m = 25g

ce = 0,093cal

ºC g

tº inicial = 8ºC

tº final = 20ºC tº = 20ºC – 8ºC = 12ºC

Aplicando la fórmula: Q = c tº m

Reemplazando: Q = 25g · 12ºC · 0,093cal

ºC g

Q = 27,9 calorías

¿Cuánto calor necesitan 250cc de agua para llegar a una temperatu-ra de 100ºC, es decir, para convertirse en vapor, si se encuentra a una temperatura de 20ºC?

Datos:

Q = x

m = 255cc = 255g

ce = 1cal

ºC g

tº inicial = 20ºC

tº final = 100ºC tº = 100ºC – 20ºC = 80ºC

Aplicando la fórmula: Q = c tº m

Reemplazando: Q = 255g · 80ºC · 1cal

ºC g

Q = 20.000 calorías

¿Cuánto calor necesitaría absorber un trozo de hielo de 420g para convertirse en un líquido de 20ºC si se encuentra a una temperatura de -20ºC?

Datos:

Q = x

m = 420g

ce = 0,505cal

ºC g

tº inicial = -20ºC

tº final = 20ºC tº = 20ºC – (-20)ºC = 40ºC

Reemplazando: Q = 420g · 40ºC · 0,505cal

ºC g

Q = 8.484 calorías

¿Qué cantidad de calor necesita un trozo de hierro cuya masa es de 731g si se encuentra a una temperatura inicial de 10ºC y se desea que alcance una temperatura final de 25ºC?

Datos:

Q = x

m = 731g

ce = 0,113cal

ºC g

tº inicial = 10ºC

tº final = 25ºC tº = 25ºC – 10ºC = 15ºC

Reemplazando: Q = 731g · 15ºC · 0,113cal

ºC g

Q = 1.239,045 calorías

¿Qué cantidad de calor se requiere para cambiar la temperatura de 250 g de aluminio de 20 a 95° C?

datos
formula
resultados

m = 250 g
Q = m c ( T f -T 0 )
Q = 250 g( 0.113 g )(95º – 20º ) = 2 118.75

T 0 = 20º

T f = 95º

O también pueden visitar:

http://www.fisica-facil.com/Temario/Termodinamica/Ejercicios/Calor%20y%20temperatura/ejer1-Calor.htm

Auditiva: