CALORparte 1

CALORparte 1

Profesores: Eliana Ames Santillán

Juan Cier Chávez

CALOR Y TEMPERATURA

APLICACIÓN 1

ENLACE 1

GLOSARIO

TIPS DE INTERÉS

ACTIVIDAD 1

MAPA DE NAVEGACIÓNMAPA DE NAVEGACIÓN

Hola Pedro, te cuento que hoy

seré tu maestro…

¡Qué bien! quien mejor que usted, maestro

Albert Einstein, para despejar mis dudas.

¡Que no salga el calor!!! ¡O que entre el frío!!!

Pedro, cierra la ventana. Que no

salga el calor.

ACTIVIDAD Nº 1EL CALOR y LA TEMPERATURA

ACTIVIDAD Nº 1EL CALOR y LA TEMPERATURA

¡Maestro! tengo que preguntarle algo.

Ayer, papá me dijo que cerrara la ventana para que no salga el calor……

No entendí lo que me quiso decir.

...... Además el otro día sin querer toque la plancha y me quemé. ¿Cómo es que ocurren estos fenómenos?

Uhmmm, interesante… veo que tienes una curiosidad científica.

Te explicaré qué sucedió en ambos casos.

Pero debes de colaborar respetando las normas de convivencia del aula.

No olvides que la constitución de la

materia tiene como unidad al

ÁTOMO

Entonces…… ¿Qué es el calor?Entonces…… ¿Qué es el calor?Entonces…… ¿Qué es el calor?Entonces…… ¿Qué es el calor?

La agrupación La agrupación de átomos de átomos forma las forma las MoléculasMoléculas

La agrupación La agrupación de átomos de átomos forma las forma las MoléculasMoléculas

El calor es un tránsito. Es decir,

un flujo de energía...

...Cuando disminuye el calor las moléculas vuelven a su estado original con menor movimiento.

El CALOR es una cantidad de Energía Térmica que se gana, pierde o

transfiere de un cuerpo a otro por efecto acumulativo de colisiones

atómicas individuales.

El movimiento molecular o Browniano está presente en la materia. Haz clic sobre la

imagen y observarás este movimiento en un microscopio.

Sol Volcán

Y artificiales como la reacción de combustión del gas metanoque empleamos en la cocina de nuestra casa

Y artificiales como la reacción de combustión del gas metanoque empleamos en la cocina de nuestra casa

CH4 + 2 02 CO2 + 2 H2O + metano oxígeno dióxido de carbono agua energía

Otras como combustión de: petróleo, nafta, etc. …

Otras como combustión de: petróleo, nafta, etc. …

Sabes Pedro, en la naturaleza encontramos fuentes de calor tales

como...

Fogata

ANTECEDENTES HISTÓRICOSANTECEDENTES HISTÓRICOS

Antiguamente se creía que el calor era una sustancia presente en los cuerpos calientes a la que denominaron CALÓRICO, (en la actualidad sólo es vigente el nombre con el que se denomina CALORÍA a la unidad de calor).Posteriormente, ANTOINE LAVOISIER aportó en este campo con sus principios de combustión. En 1798, BENJAMÍN THOMPSON revolucionó la ciencia cambiando la concepción sobre el calor, relacionándolo con el movimiento molecular. Años después, JAMES PRESCOTT JOULE sustentó el movimiento molecular con la producción de un trabajo mecánico. Si quieres conocer la biografía y aportes de estos científicos los puedes encontrar en los enlaces WEB.

Pedro, ahora te contaré la historia del calor

Maestro ¿Cómo pasa el calor de un cuerpo a otro?

RADIACIÓN

CONDUCCIÓN

CONVECCIÓN

Conducción

Radiación

Convección

… El calor pasa de un cuerpo a otro por TRANSFERENCIA, como un flujo de

energía. Esto ocurre de molécula a molécula.

… Observa Pedro las siguientes imágenes para que

identifiques las formas de transferencia del calor.

...Además, el calor puede viajar por ondas electromagnéticas y

por el vacío.

OH!

Ondas

Aumento de temperatura deseadoAumento de temperatura deseado ∆∆°T°T. . La masa del cuerpo del sistema La masa del cuerpo del sistema mm La sustancia que lo constituye, mejor dicho su La sustancia que lo constituye, mejor dicho su

calor específico, que es la energía necesaria calor específico, que es la energía necesaria para aumentar el grado de temperatura de un para aumentar el grado de temperatura de un kilogramo de la sustancia considerada kilogramo de la sustancia considerada CeCe. . Esto Esto se resume en la siguiente se resume en la siguiente ecuación ecuación fundamental de la calorimetríafundamental de la calorimetría..

Como ya sabes… al aportar calor a un sistema, éste aumenta su temperatura al igual que su energía

interna, dependiendo de tres factores. Éstos son:

Entonces:

La cantidad de calor que hay que suministrar a un cuerpo para elevar su temperatura, depende del incremento de temperatura y de la masa del sistema que se calienta.

Q= m.Ce. ∆ T ∆ T= Tf - Ti

Ce Agua

Ti Tf

CALOR ESPECÍFICO DE ALGUNAS SUSTANCIASCALOR ESPECÍFICO DE ALGUNAS SUSTANCIAS

SustanciasSustancias Cal/g.ºCCal/g.ºC

AguaAgua 1,001,00

AceiteAceite 0,470,47

AireAire 0,240,24

AlcoholAlcohol 0,660,66

AluminioAluminio 0,220,22

CobreCobre 0,090,09

FierroFierro 0,120,12

HieloHielo 0,500,50

MercurioMercurio 0,030,03

OroOro 0,030,03

PlataPlata 0,060,06

PlomoPlomo 0,030,03

Pero … ¿qué es ENERGÍA TÉRMICA?

Está ligada a la energía cinética de los átomos de una sustancia que evidencia un movimiento

aleatorio y desordenado.

CALOR ENERGÍA TÉRMICA

hielo

Agua hirviendo

La temperatura tiene escalas cuyo punto de referencia en las

escalas relativas es la fusión y ebullición del agua…Y el cero absoluto (en la escala absoluta)

cuya unidad de medida es el kelvin

EVAPORACIÓN DEL AGUA

CONGELACIÓN DEL AGUA

CERO ABSOLUTO

KELVIN CELSIUS FAHRENHEIT

LICUEFACCIÓN DEL ORO

ºC ºF K

100

32

-273

0 273

373212

-460 0

Punto de ebullición del agua (1atm)

Punto de solidificación del agua (1atm)

Cero absoluto

°C = °f-32 = K-273°C = °f-32 = K-273 5 95 9 5 5

Las relaciones de conversión de una escala de temperatura a otra están dadas aplicando el teorema de

Thales: dividiendoTemperatura/ divisiones

Escalas relativas

Escala absoluta

°C °C = °f-32 = °f-32 = K-= K-273273100100 180180 100100

¡Pedro! Escucha con atención lo que te voy a explicar… con la cantidad de calor transferido entre dos cuerpos podemos determinar la temperatura final que se alcanza cuando se mezclan dos sustancias

con temperaturas diferentes. Dicha temperatura final recibe el nombre de

TEMPERATURA DE EQUILIBRIOComo se ve en la figura 3.

!Ah¡ ya veo, entonces la fórmula para hallar esta temperatura ¿será?………

m1 . Ce1 . (T – T1) + m2 . Ce2 (T – T2) = 0

1 2 3

Es parte de la Es parte de la termodinámica termodinámica que se encarga deque se encarga de llas mediciones del calor en una reacción química as mediciones del calor en una reacción química

o un o un cambio físico, utilizando instrumentos de cambio físico, utilizando instrumentos de medición que medición que se denominan se denominan CALORÍMETROSCALORÍMETROS

((que cumple con el principio de las mezclas).que cumple con el principio de las mezclas).

Ahora, definiremos qué es la CALORÍMETRIA......

APLICACIONES Nº 1APLICACIONES Nº 1

http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/estadistica/otros/cero/cero.htm

http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/estadistica/otros/joule/joule.htm

En la primera página encontrarás una aplicación del equivalente mecánico del calor.

En la segunda página encontrarás una aplicación sobre temperatura absoluta cero.

Sólo desarrollarás los laboratorios virtuales de cada uno habiendo leído previamente las instrucciones.

Los cálculos serán hechos por la computadora y tu tendrás que programar las cantidades.

¡Suerte en tu aplicación !

Equivalente mecánico del calor:

Temperatura absoluta cero:

Será divertido, pero debo esperar a que el programa cargue.

Lavoisier

http://thales.cica.es/rd/Recursos/rd99/ed99-0314-01/lavoisier.htm

Benjamín Thompson

http://isaacasimov.garciacuervo.com/Obra_Grandes_Ideas_09.htm

James Prescott Joule

http://www.biografiasyvidas.com/biografia/j/joule.htm

Calorimetría

http://www.iqfr.csic.es/Termoquimica/tecnicasexperimentales.htm

Calorimetría (video)

http://homepage.mac.com/theredpet/videos/iMovieTheater51.html

Curiosidades del calor

http://ciencianet.com/friocalor.html

http://ciencianet.com/http://ciencianet.com/masfriocalor.htmlmasfriocalor.html

ENLACES Nº 1ENLACES Nº 1

TIPS de Interés para los alumnos con

curiosidad científica

¿UN HIELO QUE ARDE?

Sí, aunque no lo creas existe y se llama hidrato de metano, tiene la apariencia de un cubo de hielo de color gris, si se le acerca un cerillo encendido empezará a arder. Las bacterias del sedimento del fondo de los océanos consumen materia orgánica y generan metano gaseoso que en condiciones de alta presión y baja temperatura forma el hidrato de metano. Se cree que hace 10,000 años a medida que se fundió el casquete polar aumentó el nivel de agua en los océanos sumergiendo las zonas árticas ricas en depósitos de hidratos.

El agua de los océanos más o menos caliente, debió de haber fundido los hidratos, con lo que se puede haber liberado grandes cantidades de metano a la atmósfera (gas responsable del efecto de invernadero), acelerando el final de la era glacial, puesto que se condujo al Calentamiento Global.

Por otro lado si se sigue aumentando los niveles de CO2 (también los CFC y el metano) en la atmósfera, en aproximadamente el 25% la temperatura promedio de la tierra aumentará alrededor de 1 a 3 º C en el presente siglo, aunque parezca insignificante esta variación de temperatura es suficiente como para alterar el delicado balance térmico de la tierra.

SABÍAS QUE SI EN LA ATMÓSFERA NO HUBIERA DIÓXIDO DE CARBONO (CO2) ¡LA TIERRA SERÍA UNOS 30ºC MÁS FRÍA! ¿HABRÍA VIDA EN LA TIERRA?.........¿TÚ QUÉ PIENSAS?

¿CÓMO OCURRE EL PATINAJE SOBRE HIELO?

Sabías que la presión ejercida por el patinador en el hielo disminuye su punto de fusión, y la película de agua formada bajo las navajas de los patines actúa como lubricante entre éstos y el hielo lo que permite su fácil deslizamiento sobre el hielo. Explicado por el Equilibrio hielo-agua.La pendiente negativa de la curva sólido-líquido significa que el punto de fusión del hielo disminuye con el aumento en la presión externa.

¿CÓMO SE PRODUCE EL COCIMIENTO DEL HUEVO EN LA CIMA DE UNA MONTAÑA?

Suponiendo que se encuentre en la cima del Pico Pike (colorado Estados Unidos) a una altura de 14 000 pies sobre el nivel del mar, a esta altitud la presión atmosférica es de 0,6 atm, así que para recuperar parte de las fuerzas usted decide hervir un huevo y ¡Oh…! Se da cuenta que el agua hierve a 86ºC, entonces usted procede a romper el cascarón y se da con la sorpresa de que aún no coció. ¿Qué sucede? Lo que en realidad cuece al huevo no es la acción de hervir, sino la cantidad de calor suministrada, la cantidad de calor generado es proporcional a la temperatura del agua. Tal vez usted podría esperar 30 min. para cocer un huevo en ese lugar.

¿POR QUÉ LOS LAGOS SE CONGELAN DESDE LA SUPERFICIE HACIA EL FONDO?

Aunque no lo creas este proceso tiene un gran valor ecológico.Por ejemplo, si consideramos los cambios de temperatura de un lago en un clima frío, a medida que la temperatura del agua cercana a la superficie disminuye, aumenta su densidad. El agua más fría se va hacia el fondo, el agua más tibia que es menos densa se va a la superficie. Este movimiento de CONVECCIÓN continua hasta que la temperatura llega a 4ºC aprox.Cuando la temperatura desciende por debajo de este valor, la densidad del agua comienza a disminuir de modo que el agua no se va al fondo.El agua de la superficie con mayor enfriamiento comienza a congelar, el hielo formado no se hunde porque es menos denso que el líquido constituyéndose en un aislante térmico que favorece la vida debajo de él.

¿Sabías qué? . . .

Un horno solar funciona sólo con Un horno solar funciona sólo con la energía calorífica proveniente la energía calorífica proveniente del sol. Estos hornos están del sol. Estos hornos están constituidos por espejos que constituidos por espejos que colocados convenientemente colocados convenientemente concentran los rayos solares sobre concentran los rayos solares sobre dispositivos especiales o sobre los dispositivos especiales o sobre los cuerpos que se desea fundir. cuerpos que se desea fundir.

GLOSARIOGLOSARIO Aceleración: Es el aumento o disminución constante de la velocidad en cada

unidad de tiempo. Es una magnitud vectorial. Cantidad: Es el resultado de una medición. Calórico: Sustancia invisible que se encontraba presente en todos los

cuerpos calientes según se creía antiguamente. Calor: Es la transferencia de energía térmica entre 2 cuerpos que están a

diferentes temperaturas. Cohesión: Es la atracción entre moléculas iguales. Densidad: Es la relación entre la masa y el volumen de un cuerpo. Dilatación: Es el aumento de volumen que experimentan los cuerpos por

acción del calor. Efecto de Invernadero: Describe el mecanismo por el cual los gases de la

atmósfera en particular el dióxido de carbono, atrapan el calor cerca de la superficie de la tierra. El techo de vidrio de un invernadero transmite la luz solar visible y absorbe parte de la radiación infrarroja emitida, y de esta manera atrapa el calor. El dióxido de carbono funciona como un techo de vidrio.

Energía: Se define como la capacidad de efectuar un trabajo (fuerza por distancia). Todos los tipos de energía pueden producir un trabajo.

Energía Cinética: Es producida por un objeto en movimiento, la energía cinética de las moléculas aumenta con la temperatura.

Energía Interna: Es la energía que poseen los cuerpos por su configuración interna y del movimiento de sus moléculas.

Energía Térmica: Está asociada al movimiento aleatorio de los átomos y las moléculas, se puede calcular a partir de mediciones de temperatura.

Energía Potencial: Es el trabajo que efectúan los cuerpos cuando se encuentran a una cierta altura con respecto a un nivel de referencia.

Equilibrio: Es el estado de reposo de los cuerpos producido por la acción de fuerzas iguales y contrarias.

Equivalente mecánico: Es el número de unidades de trabajo que equivalen a una unidad de calor.

Kilocaloría: Cantidad de calor necesaria para que un kilogramo de agua destilada eleve su temperatura en un grado centígrado. Es igual que 1000 cal.

Sistema Abierto: Puede intercambiar masa y energía por lo general en forma de calor con sus alrededores.

Sistema Cerrado: El cual permite la transferencia de energía (calor) pero no de masa.

Sistema Aislado: No permite el intercambio de energía ni de masa, el recipiente está cerrado en una cubierta al vacío.

Vacío: Lugar donde no hay móleculas, por lo tanto no existe la noción de temperatura.