Describe los conceptos básicos relacionados con la energía térmica y la temperatura, así como los procesos de transferencia de calor y los mecanismos mediante los cuales se llevan a cabo.

1. Calor
Física
Departamento de Ingenierías
Área de Física
Mtra. María de Lourdes Moreno Hernández

2. Temperatura y energía térmica
La energía térmica representa la energía interna total de
un objeto: la suma de sus energías moleculares potencial
y cinética.
Cuando dos objetos con
diferentes temperaturas
se ponen en contacto, se
transfiere energía de uno
a otro.
Se dice que dos objetos
están en equilibrio térmico si
y sólo si tienen la misma
temperatura.
El calor se define como la transferencia de energía térmica debida a una
diferencia de temperatura.

3. ESTADOS DE LA MATERIA

4. • Plasma
• Condensado de Bosé – Einstein (Hielo cuántico)

6. La medición de la temperatura
Un termómetro es un dispositivo que, mediante una
escala graduada, indica su propia temperatura.
Los puntos fijos
superior e inferior
fueron necesarios
para establecer la
gradación de los
termómetros.
El punto fijo inferior (punto de
congelación) es la temperatura a la
cual
el agua y el hielo coexisten en
equilibrio térmico bajo una presión
de 1 atm.
El punto fijo superior (punto de
ebullición) es la temperatura a la
cual el agua y el vapor coexisten en
equilibrio bajo una presión de 1 atm.

10. La escala de temperatura absoluta
Temperatura
Volumen
100°C
(punto de
ebullición)
373 K
0°C
(punto de
congelación)
273 K
Cero absoluto
-273°C
0 K
T tK C  273 El cero absoluto en la escala
Rankine es -460° F

11. Dilatación
Se denomina dilatación al cambio de longitud, volumen o alguna otra
dimensión métrica que sufre un cuerpo físico debido al cambio de
temperatura que se provoca en ella por cualquier medio.
La dilatación es provocada por la temperatura.

12. Dilatacióntérmica
Lineal
Superficial
Volumétrica

13. Dilatación lineal
Se produce cuando la longitud de un objeto se incrementa como efecto
del calentamiento. Ejemplos de cuerpos que se dilatan linealmente
son: varillas, alambres, barras...

15. Dilatación superficial
Con el cambio de temperatura,
todas las dimensiones lineales
se incrementan en el mismo
porcentaje, incluyendo los
agujeros. Se supone que el
material dilatado es uniforme.
Es aquella en la que el área del
cuerpo se incrementa debido a un
cambio de temperatura.

16. Dilatación volumétrica
Es aquella en la que el volumen del cuerpo se incrementa debido a
un cambio de temperatura.

17. Dilatación
La unión de dos metales con distintos coeficientes de dilatación térmica
puede producir dispositivos útiles para detectar y medir los cambios de
temperatura. Un par típico es el formado por el bronce y el acero.

18. Dilatación

19. Dilatación

20. La dilatación anómala del agua
La densidad del agua,
y por lo tanto su
volumen, se dilatan
con cambios en la
temperatura sobre
y debajo de 4º C.

22. Gracias a esta anomalía del agua, los lagos, ríos y mares,
comienzan a congelarse desde la superficie hacia abajo, y
esta costra de hielo superficial sirve de abrigo a los seres
que viven, pues aunque la temperatura ambiental sea
extremadamente baja (-50 0 -60º C), el agua de la
superficie transformada en hielo mantiene constante su
temperatura en 0ºC.

23. La cantidad de calor
Una caloría (Cal) es la cantidad de calor necesaria para elevar la
temperatura de un gramo de agua un grado Celsius.
Una kilocaloría (kcal) es la cantidad de calor necesaria para
elevar la temperatura de un kilogramo de agua un grado Celsius.
Una unidad térmica británica (Btu) es la cantidad de calor
necesaria para elevar la temperatura de una libra patrón (lb) de
agua un grado Fahrenheit.
1 kcal = 1000 Cal

24. James Prescott Joule (24 de
diciembre de 1818 – 11 de
octubre de 1889) físico inglés
nacido en Salford, Manchester.
Fue uno de los más notables
físicos de su época, es conocido
sobre todo por su investigación en
electricidad y termodinámica.
William Thomson, Primer barón
de Kelvin, (Belfast (Irlanda), 26 de
junio de 1824 - † Netherhall en
Largs, (Escocia), 17 de diciembre,
1907) fue un físico matemático,
que hizo importantes trabajos
respecto a la termodinámica.

25. “LA ENERGÍA MECANICA GASTADA EN UN PROCESO ES
EQUIVALENTE A LA CANTIDAD DE CALOR PRODUCIDO “
TRABAJO = CALOR

26. La capacidad de calor específico
La capacidad calorífica de un
cuerpo es la relación del calor
suministrado con respecto al
correspondiente incremento de
temperatura del cuerpo.
Δt
Q
caloríficaCapacidad 
El calor específico de un material
es la cantidad de calor necesaria
para elevar un grado la
temperatura de una unidad
de masa.
c
Q
m t



29. A causa del elevado calor específico del agua, los mares y océanos
moderan los climas costeros. El contenido hídrico de los suelos
influye en el intervalo de temperaturas (máxima y mínima) que
alcanzan, lo cual afecta al riesgo de heladas y a lo temprano o
tardío de los cultivos vegetales en localidades concretas.

30. La medición de calor
calor perdido = calor ganado
La dirección de transferencia de energía térmica siempre
es de los cuerpos calientes a los fríos.
Principio de equilibrio térmico: siempre que los objetos
se coloque juntos en un ambiente aislado, con el tiempo
alcanzarán la misma temperatura.
Conservación de la energía térmica:
El calor que pierde el cuerpo caliente es igual
al calor que gana el cuerpo frío.

31. Calor
Sensible
Latente
De fusión
De
vaporización

32. Cambio de fase
El calor latente de fusión Lf de una sustancia
es el calor por unidad de masa necesario para
cambiar la sustancia de la fase sólida a la
líquida a su temperatura de fusión.
Lf 
Q
m
El calor latente de vaporización Lv de una
sustancia es el calor por unidad de masa
necesario para cambiar la sustancia de líquido
a vapor a su temperatura de ebullición.
Lv 
Q
m

33. Calor
Calor sensible
Calor latente
De fusión
De
vaporización

35. Transferencia de calor

36. Métodos de transferencia de calor
Conducción es el proceso por el cual se transfiere
energía térmica mediante colisiones de moléculas
adyacentes a través de un medio material. El medio
en sí no se mueve.
Convección es el proceso por el cual se transfiere
calor por medio del movimiento real de la masa de un
fluido.
Radiación es el proceso mediante el cual el calor se
transfiere por medio de ondas electromagnéticas.

37. Conducción
La conductividad térmica de una sustancia es una medida de su
capacidad para conducir el calor y se define por medio de esta
relación.
Conducción es el proceso por el cual se transfiere energía térmica
mediante colisiones de moléculas adyacentes a través de un medio
material. El medio en sí no se mueve.

38. Convección
Convección es el proceso por el cual se transfiere calor por
medio del movimiento real de la masa de un fluido.
La cantidad de calor (H) que se transfiere por convección es
proporcional al área y a la diferencia de temperaturas.

40. Radiación
La radiación térmica está formada por ondas
electromagnéticas emitidas por un sólido, un líquido o un
gas en virtud de su temperatura.

45. Propiedades térmicas de la materia
• Gases ideales y ley de Boyle
• Ley de Gay-Lussac
• Ley general de los gases
• Masa molecular y mol
• La ley del gas ideal

46. Gases ideales y ley de Boyle
Ley de Boyle:
Siempre que la masa y
la temperatura de una
muestra de gas se
mantengan constantes,
el volumen de dicho gas
es inversamente
proporcional a su
presión absoluta.
P V P V1 1 2 2
La temperatura
y la masa son
constantes
Cuando un gas se comprime
a temperatura constante, el
producto de su presión por su
volumen siempre es
constante.

47. Robert Boyle (1627-1691)
Definió la Química como una ciencia y enunció la primera definición
moderna de elemento químico, como sustancia que no es posible
descomponer en otras.
En 1661 publicó el primer libro moderno de química El Químico Escéptico
en el que explicaba la mayoría de sus descubrimientos. Fue miembro de la
Royal Society, institución que perdura en la actualidad, y participó
activamente en sus reuniones hasta su fallecimiento. En 1660, en una obra
titulada Sobre la Elasticidad del Aire anunció su descubrimiento sobre la
relación entre el volumen de un gas y su presión.

49. Mientras que la masa y la presión de
un gas se mantengan constantes, el volumen de
dicho gas es directamente proporcional a su
temperatura absoluta.
2
2
1
1
T
V
T
V
 La masa y la presión
son constantes
Ley de Charles:

50. Jacques Charles (1746-1823)
En 1783 construyó los primeros globos de hidrógeno y subió él
mismo hasta una altura de unos 2 km, experiencia que supuso
la locura por la aeronáutica que se desató en la época.

52. Ley de Gay-Lussac
Si el volumen de una muestra de
gas permanece constante, la presión
de dicho gas es directamente
proporcional a su temperatura
absoluta.
P
T
P
T
1
1
2
2

Con la masa
constante

53. Joseph Louis Gay-Lussac (1778-1850)
En 1802 publicó los resultados de sus experimentos que, ahora
conocemos como Ley de Gay-Lussac. Esta ley establece, que,
a volumen constante, la presión de una masa fija de un gas
dado es directamente proporcional a la temperatura Kelvin.
En el campo de la física llevó a cabo, en 1804, dos ascensiones
en globo, hasta altitudes de 7.000 metros, en las que estudió la
composición de las capas altas de la atmósfera y el
magnetismo terrestre.

54. Ley general de los gases
P V
T
P V
T
1 1
1
2 2
2

La masa
permanece
constante
P V
m T
P V
m T
1 1
1 1
2 2
2 2

P1, V1, T1, m1 = presión, volumen,
temperatura y masa en el estado
inicial.
P2, V2, T2, m2 = presión, volumen,
temperatura y masa en el estado
final.

56. Masa molecular y mol
La masa atómica de un elemento es la masa de un átomo
de dicho elemento comparada con la masa de un átomo de
carbono tomado como 12 unidades de masa atómica.
La masa molecular M es la suma de las masas atómicas
de todos los átomos que componen la molécula.
Una mol es la masa en gramos
numéricamente igual a la masa
molecular de una sustancia.
n
m
M

N = número de moles
m = masa del gas
M = masa molecular del gas

57. La ley del gas ideal
PV nRT
P = presión
V = volumen
n = número de moles
R = constante universal de
los gases (8.314 J/mol·K)
T = temperatura absoluta

58. Punto triple
REGIÓN
DE LÍQUIDO
REGIÓN
DE
SÓLIDO
REGIÓN
DE VAPOR
Curva de
fusión
Curva de sublimación
Curva de
vaporización
Punto crítico
Diagrama de fases
del punto triple
Una curva de
sublimación muestra las
temperaturas y
presiones en las que un
sólido puede coexistir
con su vapor.
https://www.youtube.com/watch?v=WpGFg
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