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6 Transferencia de energía: calor
PARA EMPEZAR
ESQUEMA
INTERNET
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Esquema de contenidos
Temperatura de los cuerpos. Calor
El cero absoluto Escalas termométricas Calor y equilibrio térmico
Efectos del calor sobre los cuerpos Transmisión de calor
Cambio de temperatura Energía térmica y trabajo mecánico
El calorímetro Transformación entre calor y trabajo
Cambios de estado Equivalencia entre calor y trabajo
Cambios de estado. Puntos de fusión y ebullición La máquina de vapor
Dilatación de los sólidos El motor de explosión
Dilatación de los líquidos Rendimiento de las máquinas térmicas
Máquinas frigoríficas
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Para empezar, experimenta y piensa
Corrientes de convección
Retiramos la tarjeta
Líquido sin
colorear frío
Tarjeta que
separa ambas las
boquillas Líquido coloreado
caliente
El líquido frío baja
y el caliente sube. Al cabo del tiempo todo el líquido
está coloreado por igual y a la misma
temperatura.
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El cero absoluto
Según la teoría cinética, las partículas se mueven más o menos libremente dependiendo
del estado físico. Cuanto más rápido se mueven, mayor es la temperatura de la
sustancia
Aumento de temperatura
T=0K T = 300 K T = 1000 K
EL CERO
ABSOLUTO:
-273,15º C
Aumento de la velocidad de las partículas
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Escalas termométricas
KELVIN CELSIUS FAHRENHEIT
373 K 100 ºC 212 ºF
273 K 0 ºC 32 ºF
0K - 273 ºC - 459 ºF
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Calor y equilibrio térmico
El calor o energía térmica es la energía que se intercambia cuando se ponen en contacto dos cuerpos que
están a distinta temperatura, o cuando se produce un cambio de estado.
30
Agua Agua fría
caliente
50 10
Agua con
temperatura
intermedia
Cuando dos cuerpos a diferente temperatura se ponen en contacto el tiempo suficiente, sus temperaturas
se igualan. Están en equilibrio térmico.
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Transmisión de calor
CONDUCCIÓN CONVECCIÓN
Partículas del Partículas del gas
sólido El aire caliente sube
Sentido de propagación
del calor por
conducción. El aire frío baja Partículas del líquido
La conducción es el modo en que se transmite La convección es el modo en que se transmite la energía
la energía térmica en los sólidos. La energía se propaga térmica en los fluidos (líquidos y gases).
gracias a los choques que se producen entre las partículas La energía se propaga porque se produce un transporte de
«calientes» y sus vecinas. materia.
La radiación es el modo en que se transmite la energía térmica entre dos cuerpos sin que exista
RADIACIÓN ningún tipo de contacto material entre ellos. Se propaga por medio de ondas
electromagnéticas y es la única forma en que se transmite energía térmica en el vacío.
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Cambio de temperatura
20 20 20
Agua Agua Aceite
Se denomina calor específico (ce) de una
sustancia a la cantidad de calor que hay
que comunicar a 1 g de la misma para
que su temperatura aumente 1 K. En el
SI se mide en J/(kg ⋅ K).
Encendemos los hornillos. Diez minutos después…
80 50 70
La temperatura que un cuerpo alcanza
al absorber calor depende de su masa
y del tipo de materia que lo forme.
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9. INICIO ESQUEMA INTERNET
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El calorímetro
Agitador
Termómetro
Aislante
El calorímetro se utiliza para
determinar calores específicas
de sustancias
Vacío
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Cambios de estado
SUBLIMACIÓN INVERSA
LICUACIÓN O
SOLIDIFICACIÓN CONDENSACIÓN
Sólido Líquido Gas
FUSIÓN VAPORIZACIÓN
SUBLIMACIÓN
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11. INICIO ESQUEMA INTERNET
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Cambios de estado. Puntos de fusión y ebullición
Toda la sustancia está en
T (ºC)
Cambio de estado de líquido a gas. estado gaseoso.
No varía la temperatura
Gas
100
PUNTO DE EBULLICIÓN O
VAPORIZACIÓN
Toda la sustancia está
en estado líquido COINCIDE CON
PUNTO DE
Se produce el cambio de Líquido CONDENSACIÓN
estado de sólido a líquido.
La temperatura no varía.
0
Sólido PUNTO DE FUSIÓN
-20
0 4 8 12 16 20 24 28 t (min)
COINCIDE CON
PUNTO DE
SOLIDIFICACIÓN
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Dilatación de los sólidos
Coeficiente de dilatación lineal α Coeficiente de dilatación superficial β Coeficiente de dilatación cúbico γ
Para tener en cuenta los efectos de
la dilatación, en el diseño de
estructuras se dejan juntas de
Coeficientes de dilatación lineal. dilatación.
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Dilatación de los líquidos
Hasta la marca A el Si se calienta el matraz, éste se Si el matraz tuviese líquido
contenido del matraz dilata antes que el líquido y los hasta el nivel A, al calentarse,
es de 100 mL. 100 mL se corresponderían con la llegaría al nivel C.
marca B
Dilatación aparente (A-C)
Dilatación del matraz
Dilatación real (B-C)
C
A A
A
B B
Agua caliente
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14. INICIO ESQUEMA INTERNET
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Transformación entre calor y trabajo
TRANSFORMACIÓN DE ENERGÍA TRANSFORMACIÓN DE ENERGÍA
TÉRMICA EN TRABAJO MECÁNICO MECÁNICA EN ENERGÍA TÉRMICA
Émbolo
Energía
Calor
Energía
útil Energía
térmica
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Equivalencia entre calor y trabajo
Termómetro
Experiencia de Joule
Eje
Agua
Las pesas caen a la vez y
mueven las aspas y aumenta la
Pesas
temperatura del agua.
Aspas
Se llama equivalente mecánico del calor a la relación entre el trabajo realizado y el calor
que puede producir: 1 cal = 4,18 J; o bien 1J = 0,24 cal.
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16. INICIO ESQUEMA INTERNET
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La máquina de vapor
FASE DE ADMISIÓN
Vapor
FASE DE ESCAPE
Rueda
Agua A Mientras se produzca vapor en la
caldera, el movimiento del émbolo
se transmite a la biela y hace que
se mueva la rueda.
C
Desplazamiento
Combustible
A
B
C
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17. INICIO ESQUEMA INTERNET
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El motor de explosión
ADMISIÓN COMPRESIÓN EXPLOSIÓN ESCAPE
Bujía
Válvula de
escape
Válvula de Cilindro
admisión
Pistón Biela
La mezcla gasolina-aire El pistón sube y Salta la chispa en la bujía y Se abre la válvula de
entra por la válvula de comprime la mezcla. la mezcla explota. Los gases escape y los gases son
admisión, que se abre producidos lanzan el expulsados.
mientras el pistón baja. émbolo hacia abajo,
transmitiendo el
movimiento a la biela.
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18. INICIO ESQUEMA INTERNET
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Rendimiento de las máquinas térmicas
FOCO CALIENTE Rendimiento
Q1 Trabajo producido
Rendimiento = · 100
Energía consumida
W = Q1 - Q2
MÁQUINA
Q2 W
· 100
Q1
FOCO FRÍO
Q 1- Q 2
· 100
Q1
En una máquina térmica el trabajo
realizado es igual al calor absorbido (Q1)
menos el calor cedido (Q2),
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19. INICIO ESQUEMA INTERNET
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Máquinas frigoríficas
Indicador de temperatura Control de
temperatura
FOCO CALIENTE
Qc
Ventilador del
evaporador
W
MÁQUINA TÉRMICA
Qf
Evaporador
FOCO FRÍO Compresor
Desagüe
Ventilador
del compresor Condensador
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20. INICIO ESQUEMA INTERNET
Enlaces de interés
Calor y temperatura Calentamiento global
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