Cantidad de calor    Presentación PowerPoint de Paul E. Tippens, Profesor de FísicaSouthern Polytechnic State University
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Objetivos: Después de terminar  esta unidad, deberá:• Definir la cantidad de calor en términos de la  caloría, la kilocalo...
Calor definido como energíaEl calor no es algo que tenga un objeto, sino másbien la energía que absorbe o entrega. La pérd...
Unidades de calorUna caloría (1 cal) es la cantidad de calor que serequiere para elevar la temperatura de 1 g de aguaen 1 ...
Unidades de calor (Cont.)Una kilocaloría (1 kcal) es la cantidad decalor que se requiere para elevar latemperatura de 1 kg...
Unidades de calor (Cont.)Una unidad térmica británica (1 Btu) es lacantidad de calor requerido para elevar latemperatura d...
La Btu es una unidad obsoletaLa unidad térmica británica (1 Btu) es desalentadora,pero desafortunadamente todavía se usa m...
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Temperatura y cantidad de calorEl efecto del calor sobre latemperatura depende de la      200C      220Ccantidad de materi...
Capacidad calorífica  La capacidad calorífica de una sustancia es el calor que se  requiere para elevar la temperatura un ...
Capacidad calorífica (continúa) Todas a 100 0C se colocan en un bloque de parafina     Plomo      Vidrio     Al      Cobre...
Capacidad calorífica específicaLa capacidad calorífica específica de un material es lacantidad de calor necesario para ele...
Comparación de unidades de calor: ¿Cuánto   calor se necesita para elevar 1 kg de agua de 0   0C a 100 0C?  La masa de un ...
Procedimiento para resolución de problemas1. Lea el problema cuidadosamente y dibuje unbosquejo burdo.2. Haga una lista de...
Ejemplo 1: Una taza de cobre 500 g sellena con 200 g de café. ¿Cuánto calorse requirió para calentar taza y café de20 °C a...
Ejemplo 1(Cont.): ¿Cuánto calor se necesita para   calentar taza y café de 20°C a 960C?   mm = 0.2 kg; mw = 0.5 kg. 4. Rec...
Ejemplo 1(Cont.): ¿Cuánto calor se necesita   para calentar taza y café de 20°C a 960C?   mc = 0.2 kg; mw = 0.5 kg.7. Sust...
Una palabra acerca de las               unidadesLas unidades sustituidas deben ser consistentes con lasdel valor elegida d...
Conservación de energíaSiempre que haya transferencia de calor dentro de unsistema, la pérdida de calor por los cuerpos má...
agua a      Ejemplo 2: Un puñado de                                         100C      perdigones de cobre se calienta a   ...
Ejemplo 2: (Cont.)           ms = ?                              180C                      agua a                       10...
Cambio de fase   Cuando ocurre un cambio de fase, sólo hay un   cambio en energía potencial de las moléculas. La   tempera...
Cambio de faseEl calor latente de fusión (Lf) de una sustanciaes el calor por unidad de masa que se requiere           Qpa...
Fundido de un cubo de cobreEl calor Q que se requiere para fundiruna sustancia a su temperatura de              ¿Qué Qfusi...
Ejemplo 3: ¿Cuánto calor se necesita para  convertir 10 g de hielo a -200C to steam at  1000C?Primero, revise gráficamente...
Ejemplo 3 (Cont.): El paso uno es Q1 para convertir 10 g de hielo a -200C a hielo a 00C (no agua todavía).                ...
Ejemplo 3 (Cont.): El paso dos es Q2 para convertir 10 g de hielo a 00C a agua a 00C.             Q2 para fundir 10 g de h...
Ejemplo 3 (Cont.): El paso tres es Q3 para cambiar 10 g de agua a 00C a agua a 1000C.                   Q3 para elevar agu...
Ejemplo 3 (Cont.): El paso cuatro es Q4 para convertir 10 g de agua a vapor a 1000C? (Q4 = mLv)             Q4 para conver...
Ejemplo 4: ¿Cuántos gramos de hielo a 00C  se deben mezclar con cuatro gramos de  vapor para producir agua a 600C?        ...
Ejemplo 4 (continuación)Total ganado: mi(80 cal/g) + mi(1 cal/gC0)(60 C0)Total perdido: (4 g)(540 cal/g) + (4 g)(1 cal/gC0...
Ejemplo 5: Cincuenta gramos hielo agua   de hielo se mezclan con 200 g   de agua inicialmente a 700C.   00C        700C   ...
Ejemplo 5 (Cont.):Ganancia = 4000 cal + (50 cal/g)te                                       00C            700C            ...
Ejemplo 5 (Cont.):   El calor ganado debe ser igual al calor perdido:4000 cal + (50 cal/g)te = 14,000 cal - (200 cal/C0) t...
Resumen de unidades de calorUna caloría (1 cal) es la cantidad de calor quese requiere para elevar la temperatura de 1 gde...
Resumen: Cambio de faseEl calor latente de fusión (Lf) de una sustanciaes el calor por unidad de masa que se requiere     ...
Resumen: Capacidad calorífica específica  La capacidad calorífica específica de   un material es la cantidad de calor   pa...
Resumen: Conservación de energía  Siempre que haya una transferencia  de calor dentro de un sistema, la  pérdida de calor ...
Resumen de fórmulas:        Q  c        ;       Q     mc t       m t(pérdidas de calor) =   (calor ganado)           Q    ...
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Cantidad de calor

  1. 1. Cantidad de calor Presentación PowerPoint de Paul E. Tippens, Profesor de FísicaSouthern Polytechnic State University
  2. 2. Fotografía © Vol. 05 Photodisk/GettyFUNDICIÓN: Se requieren casi 289 Joules de calorpara fundir un gramo de acero. En este capítulo sedefinirá la cantidad de calor para elevar latemperatura y cambiar la fase de una sustancia.
  3. 3. Objetivos: Después de terminar esta unidad, deberá:• Definir la cantidad de calor en términos de la caloría, la kilocaloría, el joule y el Btu.• Escribir y aplicar fórmulas para capacidad calorífica específica y resolver para ganancias y pérdidas de calor.• Escribir y aplicar fórmulas para calcular los calores latentes de fusión y vaporización de varios materiales.
  4. 4. Calor definido como energíaEl calor no es algo que tenga un objeto, sino másbien la energía que absorbe o entrega. La pérdidade calor por carbones calientes es igual a la quegana el agua. Equilibrio térmico Agua fría Carbones calientes
  5. 5. Unidades de calorUna caloría (1 cal) es la cantidad de calor que serequiere para elevar la temperatura de 1 g de aguaen 1 C0. Ejemplo 10 calorías de calor elevarán la temperatura de 10 g de agua en 10 C0.
  6. 6. Unidades de calor (Cont.)Una kilocaloría (1 kcal) es la cantidad decalor que se requiere para elevar latemperatura de 1 kg de agua en 1 C0. Ejemplo 10 kilocalorías de calor elevarán la temperatura de 10 kg de agua en 10 C0.
  7. 7. Unidades de calor (Cont.)Una unidad térmica británica (1 Btu) es lacantidad de calor requerido para elevar latemperatura de 1 lb de agua en 1 F0. Ejemplo 10 Btu de calor elevarán la temperatura de 10 lb de agua en 10 F0.
  8. 8. La Btu es una unidad obsoletaLa unidad térmica británica (1 Btu) es desalentadora,pero desafortunadamente todavía se usa mucho en laactualidad. Si la usa, debe reconocer que la unidad libraen realidad es una unidad de masa, no de peso. Cuando trabaje con la Btu, debe recordar que la libra-masa no es una cantidad variable que dependa de la gravedad-- 1 lb ¡una razón por la que el uso de Btu es desalentador! 1 lb (1/32) slug
  9. 9. La unidad SI de calorDado que el calor es energía, el joule es la unidad preferida. Entonces, la energíamecánica y el calor se miden en la misma unidad fundamental.Comparaciones de unidades de calor: 1 cal = 4.186 J 1 Btu = 778 ft lb 1 kcal = 4186 J 1 Btu = 252 cal 1 Btu = 1055 J
  10. 10. Temperatura y cantidad de calorEl efecto del calor sobre latemperatura depende de la 200C 220Ccantidad de materiacalentada.A cada masa de agua en lafigura se aplica la misma 600 gcantidad de calor. 200C 300CLa masa más grandeexperimenta un aumentomás pequeño entemperatura. 200 g
  11. 11. Capacidad calorífica La capacidad calorífica de una sustancia es el calor que se requiere para elevar la temperatura un grado. Plomo Vidrio Al Cobre Hierro 1000C 1000C 1000C 1000C 1000C 37 s 52 s 60 s 83 s 90 sCapacidades caloríficas con base en el tiempo para calentarde cero a 1000C. ¿Cuál tiene la mayor capacidad calorífica?
  12. 12. Capacidad calorífica (continúa) Todas a 100 0C se colocan en un bloque de parafina Plomo Vidrio Al Cobre Hierro Las bolas de hierro y cobre funden la parafina y salen del otro lado; otras tienen capacidades caloríficas menores.
  13. 13. Capacidad calorífica específicaLa capacidad calorífica específica de un material es lacantidad de calor necesario para elevar la temperaturade una unidad de masa en un grado. Q c ; Q mc t m t Agua: c = 1.0 cal/g C0 o 1 Btu/lb F0 o 4186 J/kg K Cobre: c = 0.094 cal/g C0 o 390 J/kg K
  14. 14. Comparación de unidades de calor: ¿Cuánto calor se necesita para elevar 1 kg de agua de 0 0C a 100 0C? La masa de un kg de agua es: 1 kg = 1000 g = 0.454 lbm Q mc t 1 lbm = 454 g 1 kg Para agua: c = 1.0 cal/g C0 o 1 Btu/lb F0 o 4186 J/kg KEl calor que se requiere para hacer esta tarea es: 10,000 cal 10 kcal 39.7 Btu 41, 860 J
  15. 15. Procedimiento para resolución de problemas1. Lea el problema cuidadosamente y dibuje unbosquejo burdo.2. Haga una lista de todas las cantidades dadas.3. Determine qué debe encontrar.4. Recuerde ley o fórmula o constantes aplicables. Q c ; Q mc t m t Agua: c = 1.0 cal/g C0 o 1 Btu/lb F0 o 4186 J/kg K 5. Determine qué tenía que encontrar.
  16. 16. Ejemplo 1: Una taza de cobre 500 g sellena con 200 g de café. ¿Cuánto calorse requirió para calentar taza y café de20 °C a 96 0C?1. Dibuje bosquejo del problema.2. Mencione información dada. Masa taza mm = 0.500 kgMasa café mc = 0.200 kgTemperatura inicial de café y taza: t0 = 200CTemperatura final de café y taza: tf = 960C3. Mencione qué debe encontrar:Calor total para elevar temperatura de café (agua) y taza a960C.
  17. 17. Ejemplo 1(Cont.): ¿Cuánto calor se necesita para calentar taza y café de 20°C a 960C? mm = 0.2 kg; mw = 0.5 kg. 4. Recuerde fórmula o ley aplicable:Ganancia o pérdida de calor: Q = mc t 5. Decida qué calor TOTAL es el que se requiere para elevar la temperatura de taza y agua (agua). Escriba ecuación. QT = mmcm t + mwcw t 6. Busque calores Cobre: cm = 390 J/kg C0 específicos en Café (agua): cw = 4186 J/kg C0 tablas:
  18. 18. Ejemplo 1(Cont.): ¿Cuánto calor se necesita para calentar taza y café de 20°C a 960C? mc = 0.2 kg; mw = 0.5 kg.7. Sustituya info y resuelva el problema: Cobre: cm = 390 J/kg C0 Café (agua): cw = 4186 J/kg C0 QT = mmcm t + mwcw tAgua: (0.20 kg)(4186 J/kgC0)(76 C0) t = 960C - 200C Taza: (0.50 kg)(390 J/kgC0)(76 C0) = 76 C0 QT = 63,600 J + 14,800 J QT = 78.4 kJ
  19. 19. Una palabra acerca de las unidadesLas unidades sustituidas deben ser consistentes con lasdel valor elegida de capacidad calorífica específica. Por ejemplo: Agua cw = 4186 J/kg C0 o 1 cal/g C0 Q = mwcw t Si usa 4186 J/kg C0Q, c, y t Las unidades C0 para m c, 1 cal/g para para entonces Qconsistentesen deben ser debe estar con calorías y basen en el valor joules y sem en gramos. las que m en kilogramos. de la constante c.
  20. 20. Conservación de energíaSiempre que haya transferencia de calor dentro de unsistema, la pérdida de calor por los cuerpos máscalientes debe ser igual al calor ganado por los cuerposmás fríos: (pérdidas de calor) = (calor ganado) Equilibrio térmico Agua fría Hierro caliente
  21. 21. agua a Ejemplo 2: Un puñado de 100C perdigones de cobre se calienta a 900C y luego se sueltan en 80 g de perdigón a agua en un vaso a 100C. Si la 900C temperatura de equilibrio es 180C, aislador ¿cuál fue la masa del cobre? te= 180C cw = 4186 J/kg C0; cs = 390 J/kg C0 mw = 80 g; tw= 100C; ts = 900CPérdida de calor por perdigón = calor ganado por agua mscs(900C - 180C) = mwcw(180C - 100C) Nota: las diferencias de temperatura son [alto - bajo] para asegurar valores absolutos (+) perdido y ganado.
  22. 22. Ejemplo 2: (Cont.) ms = ? 180C agua a 100C perdigón a 900C aislador 80 g de agua Pérdida de calor por perdigón = calor ganado por agua mscs(900C - 180C) = mwcw(180C - 100C)ms(390 J/kgC0)(72 C0) = (0.080 kg)(4186 J/kgC0)(8 C0) 2679 J ms 0.0954 kg ms = 95.4 g 28,080 J/kg
  23. 23. Cambio de fase Cuando ocurre un cambio de fase, sólo hay un cambio en energía potencial de las moléculas. La temperatura es constante durante el cambio. Sólido Líquido Vaporización Gas fusión Q = mLf Q = mLvTérminos: fusión, vaporización, condensación, calor latente,evaporación, punto de congelación, punto de fusión.
  24. 24. Cambio de faseEl calor latente de fusión (Lf) de una sustanciaes el calor por unidad de masa que se requiere Qpara cambiar la sustancia de la fase sólida a la Lf mlíquida de su temperatura de fusión. Para agua: Lf = 80 cal/g = 333,000 J/kgEl calor latente de vaporización (Lv) de unasustancia es el calor por unidad de masa que se Q Lvrequiere para cambiar la sustancia de líquido a mvapor a su temperatura de ebullición. Para agua: Lv = 540 cal/g = 2,256,000 J/kg
  25. 25. Fundido de un cubo de cobreEl calor Q que se requiere para fundiruna sustancia a su temperatura de ¿Qué Qfusión se puede encontrar si se 2 kg paraconocen la masa y calor latente de fundirfusión. cobre? Q = mLv Lf = 134 kJ/kgEjemplo: Para fundir por completo 2kg de cobre a 10400C, se necesita: Q = mLf = (2 kg)(134,000 J/kg) Q = 268 kJ
  26. 26. Ejemplo 3: ¿Cuánto calor se necesita para convertir 10 g de hielo a -200C to steam at 1000C?Primero, revise gráficamente el proceso como se muestra: temperatura t hielo vapor 540 cal/g100 C 0 1 cal/gC0 sólo vapor y vapor 80 cal/g agua 00C sólo hielo = 0.5 cal/gC0 chieloy-200C hielo agua agua Q
  27. 27. Ejemplo 3 (Cont.): El paso uno es Q1 para convertir 10 g de hielo a -200C a hielo a 00C (no agua todavía). Q1 para elevar hielo a 00C: Q1 = mc t-200C 00C t1000C Q1 = (10 g)(0.5 cal/gC0)[0 - (-200C)] Q1 = (10 g)(0.5 cal/gC0)(20 C0) Q1 = 100 cal 00C chielo= 0.5 cal/gC0-200C hielo Q
  28. 28. Ejemplo 3 (Cont.): El paso dos es Q2 para convertir 10 g de hielo a 00C a agua a 00C. Q2 para fundir 10 g de hielo a 00C: Q2 = mLf fusión t1000C Q2 = (10 g)(80 cal/g) = 800 cal Q2 = 800 cal 80 cal/g Sume esto a Q1 = 100 cal: 900 00C cal usadas hasta este punto. hielo y-200C agua Q
  29. 29. Ejemplo 3 (Cont.): El paso tres es Q3 para cambiar 10 g de agua a 00C a agua a 1000C. Q3 para elevar agua a 00C a 1000C.00C to 1000C Q3 = mc t ; cw= 1 cal/gC0 t Q3 = (10 g)(1 cal/gC0)(1000C - 00C)1000C Q3 = 1000 cal 1 cal/gC0 Total = Q1 + Q2 + Q3 00C = 100 +900 + 1000 sólo = 1900 cal-200C agua Q
  30. 30. Ejemplo 3 (Cont.): El paso cuatro es Q4 para convertir 10 g de agua a vapor a 1000C? (Q4 = mLv) Q4 para convertir toda el agua a 1000Cvaporización a vapor a 1000C. (Q = mLv) Q4 = (10 g)(540 cal/g) = 5400 cal1000C 800 cal 5400 cal Calor total: 1000 100 cal 7300 cal cal 00C vapor y hielo y sólo agua-200C hielo agua agua Q
  31. 31. Ejemplo 4: ¿Cuántos gramos de hielo a 00C se deben mezclar con cuatro gramos de vapor para producir agua a 600C? mi = ? Hielo: fundir y luego elevar a 600C. hielo Vapor: condensar y caer a 600C. vaporCalor total ganado = Pérdida de calor total 4g miLf + micw t = msLv + mscw t te = 600CNota: Todas las pérdidas y ganancias son valores absolutos (positivos).Total ganado: mi(80 cal/g) + mi(1 cal/gC0)(60 C0)- 00C )Total perdido: (4 g)(540 cal/g) g)(1 cal/gC0)(100)(40-C0)0C )Pérdida: (4 g)(540 cal/g) + (4 + (4 g)(1 cal/gC0 C0 60
  32. 32. Ejemplo 4 (continuación)Total ganado: mi(80 cal/g) + mi(1 cal/gC0)(60 C0)Total perdido: (4 g)(540 cal/g) + (4 g)(1 cal/gC0)(40 C0) mi = ?Calor total ganado = calor total perdido 80mi + 60mi = 2160 g +160 g 4g 2320 g te = 600C mi mi = 16.6 g 140
  33. 33. Ejemplo 5: Cincuenta gramos hielo agua de hielo se mezclan con 200 g de agua inicialmente a 700C. 00C 700C Encuentre la temperatura de 50 g 200 g equilibrio de la mezcla. Hielo: funde y eleva a te te = ? Agua: cae de 70 a te. Calor ganado: miLf + micw t ; t = te - 00CGanancia = (50 g)(80 cal/g) + (50 g)(1 cal/gC0)(te - 00C ) Ganancia = 4000 cal + (50 cal/g)te
  34. 34. Ejemplo 5 (Cont.):Ganancia = 4000 cal + (50 cal/g)te 00C 700C 50 g 200 g Pérdida de calor = mwcw t t = 700C - te [alto - bajo] te = ? Pérdida = (200 g)(1 cal/gC0)(700C- te ) Pérdida = 14,000 cal - (200 cal/C0) te El calor ganado debe ser igual al calor perdido: 4000 cal + (50 cal/g)te = 14,000 cal - (200 cal/C0) te
  35. 35. Ejemplo 5 (Cont.): El calor ganado debe ser igual al calor perdido:4000 cal + (50 cal/g)te = 14,000 cal - (200 cal/C0) teAl simplificar se tiene: (250 cal/C0) te = 10,000 cal 10,000 cal 0 te 0 40 C 00C 700C 250 cal/C 50 g 200 g te = 400C te = ?
  36. 36. Resumen de unidades de calorUna caloría (1 cal) es la cantidad de calor quese requiere para elevar la temperatura de 1 gde agua en 1 C0.Una kilocaloría (1 kcal) es la cantidad de calorque se requiere para elevar la temperatura de1 kg de agua en 1 C0.Una unidad térmica británica (Btu) es lacantidad de calor que se requiere para elevarla temperatura de 1 lb de agua en 1 F0.
  37. 37. Resumen: Cambio de faseEl calor latente de fusión (Lf) de una sustanciaes el calor por unidad de masa que se requiere Q Lfpara cambiar la sustancia de la fase sólida a la mlíquida de su temperatura de fusión. Para agua: Lf = 80 cal/g = 333,000 J/kgEl calor latente de vaporización (Lv) de unasustancia es el calor por unidad de masa que Q Lvse requiere para cambiar la sustancia de un mlíquido a vapor a su temperatura deebullición. Para agua: Lv = 540 cal/g = 2,256,000 J/kg
  38. 38. Resumen: Capacidad calorífica específica La capacidad calorífica específica de un material es la cantidad de calor para elevar la temperatura de una unidad de masa en un grado. Q c ; Q mc t m t
  39. 39. Resumen: Conservación de energía Siempre que haya una transferencia de calor dentro de un sistema, la pérdida de calor por los cuerpos más calientes debe ser igual al calor ganado por los cuerpos más fríos: (pérdidas de calor) = (calor ganado)
  40. 40. Resumen de fórmulas: Q c ; Q mc t m t(pérdidas de calor) = (calor ganado) Q Lf ; Q mL f m Q Lv ; Q mLv m
  41. 41. CONCLUSIÓN:Cantidad de calor

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