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TEMA 3 CALOR Y TEMPERATURA
La historia nos enseña que el descubrimiento del fuego, como fuente de luz y de calor, cambió la vida de las
gentes. Fue defensa contra las inclemencias del tiempo y contra los ataques de las fieras, permitió la cocción
de los alimentos, y muchos años después propició el trata miento de los metales. En la actualidad, el uso de
la energía calorífica (carbón, petróleo...) es base fundamental de nuestro desarrollo tecnológico.
Puntos de partida:
Materia. Todo lo que ocupa un lugar en el espacio. Soporte de propiedades y de fenómenos. Todo cambio
exige una variación de energía en el sistema.
Divisibilidad de la materia. La materia es divisible en partículas más pequeñas: moléculas, átomos e iones.
Energía. Capacidad para realizar trabajo. La unidad internacional de trabajo y de energía es el julio (J).
Principio de conservación. El valor de la energía de un sistema material aislado es constante, aunque pueden
producirse transformaciones de un tipo de energía en otro u otros.
Tempertura (nivel térmico, caliente – frío) Un filamento
La temperatura se interpreta como el «nivel incandescente a
de energía interna» que tiene un cuerpo; de 2000º C tiene mucha
hecho, es una magnitud que se relaciona temperatura y poca
con la velocidad con que se mueven las energía térmica o
No es lo partículas de un cuerpo. calorífica
mismo que
1.- El calor: Energía en tránsito Un depósito de agua a 40
Se denomina calor a la energía ºC, tiene “poca” temperatura
que pasa de un cuerpo a otro pero mucha energía térmica.
cuando, estando inicialmente a
distinta temperatura, se ponen en
contacto
Ley del equilibrio térmico:
Cuando se ponen en contacto dos cuerpos
Pero están a distinta temperatura, el calor pasa del
relacionados cuerpo mas caliente al más frío hasta que
los dos alcanzan la misma temperatura
Página 40 : Dibujo el líquido pasa de A a B y Dibujo del calor pasa de A a B
Actividades 1,2 3
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Escala Celsius o centígrada cero (0 °C) a la
Tempertura (con el termómetro) longitud que adquiere el mercurio del capilar
los llamados termómetros de dilatación, cuando el termómetro se introduce en hielo
formados por un depósito largo y estrecho en fusión.
que contiene mercurio en su interior (capilar cien (100 °C) a la longitud que presenta el
de mercurio). Que se dilata al aumentar la mercurio cuando el termómetro se introduce
temperatura. en agua hirviendo.
Escala Kelvin o Absoluta se utiliza
2.- Medidas de temperatura y internacionalmente y adopta como punto cero
de calor. (0 K) aquella temperatura en la que cesa todo
Como magnitudes físicas que movimiento de moléculas. Este «cero de
son, la temperatura y el calor se verdad» coincide con — 273,15 °C. Por
pueden medir. tanto: T = t + 273
Caloría (cal): es la cantidad de calor que
El calor es una energía (con el calorímetro) precisa 1 gramo de agua para aumentar su
debe expresarse en julios. Sin embargo, es más temperatura 1 grado Celsius.
frecuente expresar su valor en función del 1 J = 0,24 cal.
aumento de temperatura que produce en una Kilocaloría (kcal) es la cantidad de calor que
determinada cantidad de agua. Así se definieron precisa 1 kilogramo de agua para aumentar
la caloría y la kilocaloría su temperatura 1 grado Celsius.
1 kcal= 1 000 cal.
Pag. 41: Dibujo equivalencia entre las escalas termométricas. Actividades 4,5,6
Dilatación lineal Cuando el sólido tiene forma de
Dilatación en los sólidos depende: barra o de alambre, el aumento de volumen se
a) Del valor inicial de la magnitud aprecia más como «aumento de longitud»;
b) Del aumento de temperatura
c) De la naturaleza de la sustancia Dilatación superficial: Si tiene forma de lámina
o chapa, se acusa mucho más un aumento de
superficie y se habla de dilatación superficial.
3.- El calor y la dilatación de los cuerpos
Prácticamente todos los cuerpos aumentan Dilatación cúbica En cambio, si su forma es
de tamaño al calentarlos, fenómeno que en «normal» (no hay predominio de largo o de
Física se conoce como dilatación térmica. ancho), es cuando cobra verdadero sentido
En el caso de los sólidos se distinguen las hablar de dilatación cúbica.
dilataciones: lineal, superficial y cúbica, en los
líquidos y en los gases se considera la
dilatación cúbica
Dilatación anómala del agua: el agua tiene
Importancia de la dilatación una dilatación anómala entre 0ºC y 4 ºC, en
a) Construcción de termómetros ese intervalo tiene un coeficiente de
b) Juntas de dilatación en puentes y edificios dilatación negativo y debido a ello aumenta
c) Holgura entre los raíles del tren de volumen al descender la temperatura y al
d) Diseños de tendidos eléctricos. congelar ocupa mayor volumen. Por ello
puede reventar una tubería o un recipiente.
Pag. 42. Actividades 8,9,10
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Estados de agregación de la materia La materia se presenta en tres estados de
agregación distintos: sólido, líquido y gaseoso, caracterizados por las fuerzas de
cohesión que unen entre sí a las partículas que forman una sustancia
Cambios de estado Al calentar una sustancia se modifican,
debilitándose, esas fuerzas de cohesión y, para un valor de
4.- El calor y los cambios de temperatura, la sustancia pasa de un estado de agregación a
estado El calor ganado o otro con mayor libertad molecular. Evidentemente, al enfriar
perdido por un cuerpo es la sucede el fenómeno contrario. En el primer caso se dice que el
causa de que ese cuerpo cambio de estado fue progresivo; en el segundo, regresivo.
cambie de estado
En los cambios de estado, tener en cuenta
a) Influye la presión exterior, si bien esta influencia es relativamente poco acusada en los
fenómenos de fusión y de solidificación.
b) Cada sustancia cambia de estado a una temperatura en concreto (punto de fusión, punto
de ebullición...), que depende de su naturaleza y del valor de la presión exterior a la que esté
sometida.
c) Mientras dura el cambio de estado la temperatura
de la sustancia permanece constante, ya que el calor puesto en juego no modifica la
velocidad de las partículas, sino la energía que las une.
Ebullición:.a) Tumultuoso, rápido b) Solo a la tª de ebullición c) En toda la masa
Vaporización:
Paso de líquido
a gas Evaporación:. a) Lento b) A cualquier tª c) Sólo en superficie
Página 43 : Dibujo cambios de estado
Actividades 11,12,13
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a) ConducciónEs propia de los sólidos y puede Conductores y aislantes
interpretarse como la propagación de una energía Existen sustancias sólidas que ofrecen una
mediante la vibración de partículas del medio. En gran facilidad a la conducción del calor. Se
general, los metales y las sustancias metálicas (por les llama conductores. Son muy buenos
ejemplo: aleaciones) conducen bien el calor; las conductores los metales y las aleaciones
sustancias no metálicas, mal. Por eso, aquellos metálicas (aceros, bronces, latones...).
dispositivos cuyo manejo se haga en caliente Las sustancias no metálicas sólidas, en
(sartenes, cacerolas, planchas...) están provistos especial las orgánicas, los polímeros y los
de asas o mangos de madera o de plástico. gases y líquidos (a excepción del mercurio)
conducen mal el calor y, por eso, se les
llama aislantes.
5.- Formas de propagación
del calor El calor, como b) Convección Es propia de líquidos y gases, y se debe a
energía en tránsito, puede que las moléculas de estas sustancias, cuando están
propagarse entre dos o más calientes, tienden a subir hacia la superficie y las frías a
cuerpos de varias formas bajar al fondo.
diferentes La calefacción y ventilación doméstica se fundamentan en
este fenómeno.
Radiación No precisa de «soporte material» y se entiende
admitiendo que el calor, como la luz, tiene una naturaleza de
ondas electromagnéticas y, por tanto, también puede
transmitirse en el vacío.
Página 44: Actividades 14,15 y 16.
El calórico Durante muchos años se supuso que
el calor era algo así como un algo invisible y sin
peso (un ‘éter») que pasaba de los cuerpos
calientes a los fríos hasta igualar sus temperaturas.
Los sabios de la época lo llamaban calórico.
Es una forma de energía: Fue en el siglo XIX cuando se
descubrió (Rumford, Davy, etc.) que el calor es una forma
6.- Calor y trabajo mecánico más de la energía —en realidad, una transferencia de
energía entre cuerpos— y, por tanto, capaz de
transformación en otras formas de energía o en trabajo.
La revolución Industrial: En el siglo XIX, especialmente en su segunda mitad, cuando la industria
apuesta por el calor (obtenido entonces por combustión del carbón) como fuente importante de
energía destinada a la producción de trabajo mecánico. Protagoniza la llamada Revolución
Industrial. Poco tiempo después entra en escena el petróleo.
Las principales industrias relacionadas son: La industria del ferrocarril. La industria del automóvil. La
industria aeronáutica. La industria naviera. La industria eléctrica.
Página 45: Actividades 17 y 18
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Primer principio Para que una máquina produzca una
determinada cantidad de energía ha de consumir,
como mínimo, una cantidad igual de calor.
Segundo principio Es imposible que una máquina
térmica tenga un rendimiento del cien por cien; siempre
Los principios de la Termodinámica se produce menos energía que la que corresponde al
calor suministrado. Además, el calor ha de fluir desde
un foco caliente a otro frío.
El tercer principio: afirma que el cero absoluto no
7.- La termodinámica es una puede alcanzarse por ningún procedimiento que
ciencia muy actual y de gran conste de un número finito de pasos. Es posible
importancia industrial y técnica, acercarse indefinidamente al cero absoluto, pero
estudia las transformaciones nunca se puede llegar a él.
mutuas entre el calor y otras formas
de energía, especialmente el
trabajo. Foco caliente Máquinas de combustión
donde se interna. El foco caliente está
produce el calor en el interior de la máquina
al quemar un (caso del motor de un coche)
combustible.
Las máquinas térmicas
(máquinas que transforman Partes o Máquinas de combustión
calor en trabajo mecánico) elementos externa. El foco caliente está
en el exterior de la máquina
(caso de la locomotora de
vapor)
Rendimiento: es la energía
mecánica útil que produce por
cada 100 julios de energía Órganos transformadores de la
calorífica que recibe. Foco Frío donde se energía y del movimiento producido
Tútil recibe parte del calor
rend  .100 producido en el foco
Trecibido caliente
Página 46. Dibujo de Trabajo producido en una máquina térmica. Y ejercicio resuelto de la página 47.
Actividades 19,20 y 21
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Máquinas térmicas:. (motores de explosión y calderas de vapor)
transforman el calor en energía mecánica
Centrales térmicas Se llevan a cabo dos procesos
8.- Los combustibles como a) Transforman el calor en energía mecánica
fuente de energía para b) Transformación de la energía mecánica en energía eléctrica.
El suele ser menor del 50 %
Página 47.- Actividades 22,23 y 24.
La lluvia ácida En la combustión de carbón y de
hidrocarburos (gasolinas, gasóleos, fuelóleos...) se
generan óxidos de azufre y de nitrógeno causantes
de la llamada lluvia ácida, muy perjudicial para la
vida en el planeta.
9.- Los problemas del calor Nuestra
civilización (tal es el grado de su desarrollo Excesivo efecto invernadero: En tales
tecnológico) exige el consumo de grandes combustiones también se produce dióxido de
cantidades de energía cuyas fuentes carbono, uno de los gases causantes del
primarias son los combustibles fósiles efecto invernadero, y, en consecuencia, agente
(carbón y petróleo), la energía hidráulica, del cambio climático y la desertización.
la nuclear y la eólica. El carbón y el
petróleo son las de mayor importancia.
Los beneficios son enormes, pero también
Destrucción de la capa de ozono (en la
hay inconvenientes
estratosfera): proceso que se ve acelerado no sólo
por los contaminantes que emiten las centrales sino
también por los productos utilizados en aerosoles y
en refrigeración (Los CFCs o productos orgánicos
clorofluorocarbonados)
Lee un artículo sobre alguno de estos temas contaminación, lluvia ácida, desertización, cambio climático.
Indica las referencias para que el profesor pueda localizar dicho artículo y haz un resumen de 10 líneas.
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