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PROP. 7, 8, 9, 10: TERMODINÁMICA
CONCEPTOS BÁSICOS Termodinámica: parte de la física, dedicada a
estudiar el calor y su transformación energía
mecánica. Por lo que toma en cuenta aquellas
magnitudes relacionadas con las variaciones de
temperatura, como: presión, densidad, masa y
volumen en cada cuerpo o sistema.
Energía térmica: es el total de la energía cinética
media presente como el resultado de los
movimientos aleatorios de átomos y moléculas.
Directamente proporcional a la temperatura del
cuerpo.
Temperatura: medida de la energía cinética
promedio de traslación, por molécula de una
sustancia. Se expresa en grados Celsius, Fahrenheit o
Kelvin. *
Calor: Es la energía térmica en movimiento, que se
transfiere de un cuerpo con mayor energía a otro con
menor energía.
ESTADOS DE LA MATERIA: Directamente observables en la naturaleza:
a. Sólido: con forma y volumen definidos,
enlaces muy fuertes (cohesión alta)
entre sus moléculas. Rígidos y casi
siempre con estructura regular. Poca
energía térmica.
b. Líquido: volumen definido y forma
maleable o adaptable a un contenedor.
Enlace mediano entre sus moléculas.
Moléculas más dispersas. Mediana
energía térmica.
c. Gaseoso: volumen y forma indefinidas.
Enlaces débiles entre moléculas, y
están dispersas con movimiento. Alta
energía térmica.
d. Plasmático: es un gas ionizado sin forma, ni
volumen definidos. Partículas libres. Compuesto
por aniones y cationes (iones con carga negativa
y positiva). Muy alta energía térmica.
CAMBIOS DE FASE
Punto de fusión: Es la temperatura a la cual una
sustancia pasa de estado sólido a líquido. Esa
temperatura permanece constante durante el
cambio de fase.
Punto de ebullición: Es la temperatura constante a la
cual una sustancia pasa de estado líquido a gaseoso.
CANTIDAD DE CALOR (Q): Es la cantidad de energía que libera o absorbe un
cuerpo cuando su temperatura varía. Su unidad es la
caloría (cal).
TCmQ e ∆= ..
Calor específico (Ce): Es la cantidad de calor cedido o
absorbido por 1 gr de masa para que su temperatura
varíe 1 ºC.
Capacidad calórica (C): Es la cantidad de calor que
permite variar en 1 ºC la temperatura de una
sustancia o cuerpo.
TQ
C∆
=
eCmC .=
EQUILIBRIO TÉRMICO: Al colocar en contacto dos sustancias (objetos físicos)
de distintas temperaturas, ocurrirá transferencia de
calor hasta que ambos alcancen una temperatura
común. A este proceso se le denomina equilibrio
térmico.
En el equilibrio térmico la cantidad de calor liberada
por uno de los objetos es igual a la cantidad de calor
absorbida por el otro.
21 QQ =
)()( 222111 TTCemTTCem −=−
DILATACIÓN TÉRMICA Es la variación de la longitud, área o volumen de un
cuerpo físico debido a un cambio en su temperatura.
El término de “dilatación” se aplica tanto para indicar
aumento como disminución del tamaño del objeto
físico.
a. Dilatación lineal: cambio de la longitud en un
objeto cuando se hace variar su temperatura
b. Dilatación superficial: variación del área de un
objeto al modificar su temperatura.
c. Dilatación volumétrica: aumento o disminución
del volumen de un cuerpo cuando su
temperatura varía. Fusión Evaporación
Deionización
Ionización
Condensació
n Solidificación
SÓLIDO LÍQUIDO GAS PLASMA
Sublimación
Sublimación
inversa
m: masa Ce: calor específico
∆T: variación de temperatura
TLL ∆=∆ 0α
αβ 2=
TSS ∆=∆ 0β
αγ 3= TVV ∆=∆ 0γ
EJERCICIOS
1. ¿Cuánto calor se requiere para que 1kg de acero,
aumente su temperatura 35 º C?
2. Determinar la cantidad de calor que absorbe un
vaso de 15 gr de alumnio que contiene 250 gr de
hielo a -5 °C, para pasar a 30 °C
3. Hallar a qué variación de temperatura fue
sometido y cuánta era la masa de un pedazo de
latón, que absorbió 6000 cal al tener una
capacidad calórica de 78,6 cal/ºC
4. ¿De qué material está hecho un objeto de un
kilogramo y medio, si al incrementar su
temperatura 42 ºC absorbe 5670 cal?
5. En un recipiente, que contiene 3 Kg de agua a 20
ºC, se coloca un bloque de hierro de 500 gr a 100
ºC. ¿Cuál es la temperatura de equilibrio?
6. ¿Qué cantidad de agua a 10 ºC hay que utilizar
para “enfriar” 1,2 kg de acero desde 150 ºC hasta
30 ºC?
7. Si a 200 gr de agua a 10 ºC se le agregan 700 gr de
agua “hirviendo”. ¿Cuál será la temperatura de
equilibrio de la mezcla?
8. Calcular la cantidad de mercurio que pasó de 20
°C hasta 100 °C y absorbió 5400 cal
9. ¿Cuál es la capacidad calórica de un cubo de
aluminio cuya masa es de 250 gr?
10. Se introduce un objeto de 2 kg a 100 ºC, en 5 kg
de agua a 1,67 ºC, lográndose una temperatura
de equilibrio de 5,11 ºC. ¿De qué material está
hecho el objeto?
11. Un tubo metálico tiene 100 metros de longitud
cuando está a 0 ºC y 100,13 m cuando se calienta
hasta 100 ºC. ¿Cuál es el coeficiente de
dilatación del material?
12. Una lámina rectangular de aluminio mide 3m de
ancho y 5 m de largo, a 0 ºC. ¿Cuál será su
tamaño a 35 ºC?
13. Una barra de forma cilíndrica tiene 4,5 cm de
diámetro y 11, 96 cm de altura, cuando está a 20
ºC. ¿Cuál es el coeficiente de dilatación
superficial del material del cual está fabricada la
barra?, si al someterla a 130 ºC su nuevo
volumen es 602,02 cm3
14. ¿Qué alargamiento experimenta una varilla de
acero al variar su temperatura 75ºC, si su
longitud era de 1,5 m antes de calentarla?
15. Una esfera de vidrio pirex cuyo radio es de 7 cm
a 2 ºC, se somete a un cambio de temperatura
de 86 ºC. ¿Qué variación de volumen
experimentará?
16. Un disco de latón es sometido a una variación de
temperatura desde 12 ºC hasta 90 ºC de tal
forma que su radio llega a medir 56, 2 cm. ¿Qué
área tenía antes de calentarlo?
17. Si se tiene un triángulo de metal cuya base mide
20 cm y su altura es de 30cm cuando está a 10 ºC
y su superficie es de 305,94 cm2 cuando su
temperatura es 120 ºC. ¿De qué material está
hecho el triángulo?
18. A qué temperatura será necesario calentar un
cubo de vidrio pirex de 18 cm de lado, que está a
23 ºC de temperatura, para que experimente
una variación de volumen de 0, 04 cm3.
19. Un agitador de vidrio común de 21 cm se dilató
0,2 cm cuando se calentó. ¿Cuál fue la variación
de la temperatura que se le aplicó?
L0: longitud inicial
L: longitud final
T0: temperatura inicial
T: temperatura final
α: coeficiente de dilatación lineal
β: coef. de dilatación superficial
γ : coef. de dilatación volumétrica