Calor y Temperatura

Universidad Nacional Autónoma de México
Colegio de Ciencias y Humanidades
Plantel “Oriente”
México D.F. a 31 de Agosto del 2001

I.Q. Ramón Monreal Vera Romero

CDYPSE

1

SILADIN
Sistema de Laboratorios de
Investigación

LACE
Laboratorios de
Creatividad


CDYPSE

2

Centro de Desarrollo
y
Producción de Software
Educativo

Universidad Nacional Autónoma de
México
Colegio de Ciencias y Humanidades
Plantel “Oriente”

Profra. Yolanda Sandoval Alonso
Profr. Octavio Jimenez Pierre
Profr, Jorge Ruiz Ibañez
Ing. Quim. Ramón Monreal Vera R.

Demostraciones
Física y Química

Objetivos
• Motivar al Alumno en el estudio de
las ciencias de Física y Química.
• Despertar el interés por los
fenómenos de la naturaleza.
• Generar en el alumno interrogantes
que lo lleven a investigar.



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7

Absorción de Rayos
Infrarrojos por el Bióxido de
Carbono

Calor
• Es la transferencia de energía
entre dos cuerpos que tienen
diferente temperatura, fluyendo
siempre del cuerpo de mayor
temperatura al cuerpo de menor
temperatura.


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9

Calor

• El Calor es una
energía en
transferencia.



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10

Calor

• Sus unidades son las calorías.
• La Caloría se definen como:
• “Es la cantidad de calor necesaria para que un
gramo de agua eleve su temperatura un grado
centígrado”



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11

Calor
• Otras unidades son las que se definen en
función del trabajo que son los Joules o
Julios, son unidades de energía, por que
el trabajo es también una transferencia de
energía.

1 caloría = 4.2 Joules


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12

Calor
• El calor puede tener valores positivos o
negativos, ejemplo:
• Q = + 30 calorías
(recibió 30 calorías, aumento su energía)
• Q = - 30 calorías
(perdió 30 calorías, disminuyo su energía)



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13

Calor

La capacidad para recibir o perder
energía, en forma de calor es diferente
para cada material que existe en la
naturaleza.



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14

Calor Específico
• El calor es la capacidad que tienen una
sustancia para ganar o perder energía en
forma de calor.
• Se define como:
“La cantidad de calor necesario para que
un gramo de una sustancia eleve su
temperatura un gramo centígrado”.



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15

Calor Específico
CALOR ESPECÍFICO (A 25 ºC
SUSTANCIA

cal/g ºC

J/kg K

Aire

0.24

1,010

Aluminio

0.22

.900

Alcohol etílico

0.59

2,450

Oro

0.03

130

Granito

0.19

800

Hierro

0.11

450

Aceite de oliva

0.47

2,000

Plata

0.06

240

Acero inoxidable

0.12

510

Agua (líquida)

1.00

4,180

Madera

0.42

1,760



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16

Calor Específico
CALOR ESPECÍFICO (A 25 ºC
SUSTANCIA

cal/g ºC

Aire
Aluminio
Alcohol etílico
Agua (líquida)
Madera

J/kg K

0.24
0.22
0.59
1.00
0.42

1,010
900
2,450
4,180
1,760

Observar que el calor específico
del agua es muy alto


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17

Calor Específico
• En base a la definición de calor especifico
tenemos:
• Aluminio
Calorías
Ce 0.22
gramo C
• Su interpretación será:
Por cada gramo de Aluminio se necesitan
0.22 calorías para que eleve su
temperatura 1 ° C.


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18

Calor

• Nuestra piel tiene detectores de calor,
detectando si perdemos o ganamos energía en
forma de calor, pero no la pueden cuantificar.


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19

Temperatura

• Para poder establecer en que dirección va
a fluir el calor se utiliza la temperatura,
que para entenderla primero veamos
como funciona un termómetro.



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20

Termómetro
• El más conocido es el
de mercurio, el cual
está conformado por
un bulbo, una escala
y un capilar.
• Cuando el
termómetro se
calienta el mercurio
asciende por el
capilar y la escala nos
indica la temperratura


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21

¿ Cómo Funciona?
• Cuando un cuerpo se
encuentra a una
temperatura sus
moléculas están en
continuo movimiento.
• Cuando se calienta
un cuerpo el
movimiento de sus
moléculas aumenta.


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22

¿ Cómo Funciona?
• Al aumentar su movimiento golpean al bulbo
del termómetro haciendo
que sus moléculas se
muevan, golpeando a su
vez a las moléculas del
mercurio.
• Las moléculas del mercurio se mueven provocando una dilatación y
asciende por el capilar.


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23

Tipos de termómetros
• Existen muchos tipos de termómetros,
pero todos ellos funcionan bajo el mismo
principio de cuantificar alguna propiedad
(dilatación, resistencia, color, etc.) que se
vea alterada por el movimiento de las
moléculas del sensor.



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24

Significado de la Temperatura
• Cuando dos cuerpos tienen
diferente temperatura, se
presenta una transferencia
de energía en forma de
calor, del cuerpo de mayor
temperatura al de menor
temperatura.



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25

• El cuerpo de mayor
temperatura
sus
moléculas se mueven
mas rápidamente, en
relación al de menor
temperatura, al entrar en
contacto chocan entre sí,
se transfiere el movimiento molecular,



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26

• Esto se presenta de la
misma manera en los
gases, las moléculas del
aire si tienen un mayor
movimiento, al chocar
contra las moléculas de
los cuerpos le transfieren
energía.



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27


• Las moléculas al chocar transfieren su
movimiento hasta alcanzar ambas el mismo
nivel de Energía Cinética (Energía de
movimiento) o sea la misma temperatura.


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28

• Energía Cinética

Ec =

2
mV
2



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29

Temperatura
• Es un indicador del nivel de
energía
cinética
de
las
moléculas de un cuerpo.

• No mide la energía que tiene
un cuerpo.


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30

Temperatura

• El agua de los dos vasos tienen la misma
temperatura, sus moléculas tienen el mismo
nivel de energía cinética.


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31

Temperatura

• Pero el de la izquierda al tener mayor masa
tiene un mayor contenido de energía.
• ¿ Cuál tardará más tiempo en enfriarse ?


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32

Calor
La transmisión de energía en forma de
Calor se puede presentar en tres formas:
– Conducción
– Convección
– Radiación.



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33

Formas de Transmisión de Calor
Conducción
• Cuando calentamos
un recipiente con
agua se van a
presentar los tres
tipos de transmisión
del calor.



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34

Conducción
• Por conducción la
energía se transmite
de molécula a
molécula desde el
fondo del recipiente
hacia arriba.



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35

Convección
• El liquido en la parte
inferior al calentarse
se dilata y se vuelve
menos denso,
provocando que
ascienda.



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36

Convección
• El liquido en la parte
superior está a más
baja temperatura y
con mayor densidad
que hace que
descienda, formando
las corrientes de
convección.



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37

Radiación

• Los cuerpos que tienen temperatura, emiten
radiaciones electromagnéticas de rayos
infrarrojos que es la forma de transmisión de
energía por radiación.


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38

Rayos Infrarrojos
• Como el ser humano
tiene temperatura
también emite
radiaciones
electromagnéticas, pe
ro nuestro sentido de
la vista no lo puede
percibir, esta es una
fotografía con película
sensible a los rayos
infrarrojos.


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39

Rayos Infrarrojos

• Actualmente se utiliza para detectar variaciones
de temperatura provocados por un mal
funcionamiento del organismo, a esto se le
denomina termografía.


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40

Escala de Temperatura

• Las temperaturas mas altas se encuentran en el núcleo
de las estrellas, producto de las reacciones nucleares
que liberan su energía.
• Se considera la temperatura más baja a -273°C aunque
nunca se ha llegado, en ese punto se considera que las
moléculas no se mueven.


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41

El Sol

• Toda la energía que contiene nuestro planeta proviene
del Sol, producto de las reacciones nucleares que se
desarrollan dentro de su núcleo..


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42

El Sol

• El Sol emite energía que
podemos
aprovechar, además de
radiaciones que puede
dañar a nosotros y a los
ecosistemas del planeta.


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43

El Sol
•
•
•
•

Útil
Rayos Infrarrojos
Luz Visible
Luz ultravioleta

• Perjudicial
• Partículas Cargadas
(Viento Solar)

–
–
–
–

Alfa
Beta
Protones
Etcétera

• Radiaciones Ionizantes
– Ultravioleta
– Rayos X
– Gama


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44

Viento Solar
• Pero nuestro planeta presenta protección contra
estas radiaciones, en el caso de partículas
cargadas (viento solar), el magnetismo de la
Tierra las desvía y son atrapadas en los
Cinturones de Van Allen.



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45

Partículas Cargadas
• En la parte de los polos de la Tierra el
campo magnético es mucho más fuerte y
las partículas cargadas atrapadas
interaccionan con la atmósfera gaseosa
produciendo uno de los más hermosos
espectáculos, las Auroras Boreales



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46

Auroras Boreales



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47

Energía Solar
• La energía que recibimos
del Sol, hace que nuestro
planeta este vivo, ya que
genera movimiento de las
capas
atmosféricas
y
corrientes
oceánicas
regulando
su
temperatura, permitiendo
que nuestro planeta tenga
las condiciones necesarias
para que se desarrolle la
vida.


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48

Conversión de la energía
• Que después se
transforma
en
los
diferentes
tipos de energía
(eólica, hidráulica, etc.).



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49

El poder de la naturaleza



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50

El poder de la naturaleza
•
•
•
•
•
•
•

Huracanes
Tornados
Tifones
Tormentas Eléctricas
Marejadas
Inundaciones
Incendios



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51

Energía Solar

• La radiación solar incidente sobre la tierra,
parte de ella se absorbe y posteriormente hay
una reemisión de radiación de la tierra a la
atmósfera


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52

La Atmósfera

•

Nuestro planeta presenta
una capa muy delgada de
atmósfera que nos envuelve, que permite fácilmente
el paso de radiaciones electromagnéticas (rayos Infrarrojos, rayos
Ultravioleta y luz Visible).



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53

La atmósfera
• La
Ionosfera
sirve
de
protección
al
absorber
la
mayor parte de
la
radiación
ionizante que
nos llega del
Sol.



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54

La atmósfera
• La capa de
Ozono sirve de
protección
al
absorber
la
mayor parte de
la
radiación
ultravioleta que
nos llega del
Sol.



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55

Onda Electromagnética

• Las radiaciones electromagnéticas son variación
de campos eléctricos y magnéticos que viajan a
través de una onda.


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56

Onda
• Las ondas se caracterizan por:



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57

Frecuencia
• La frecuencia es el número de ondas que
pasan por un punto en un segundo.

• en el caso anterior su frecuencia es de 8 ondas
en 4 segundos, por lo tanto su frecuencia es de
dos ondas por cada segundo.


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58

Frecuencia
• Matemáticamente se escribiría:

•2 onda o de 2 Hertz
seg
• Interpretación:
Dos ondas por cada segundo.


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59

Frecuencia y Longitud de Onda
• Las ondas electromagnéticas al aumentar
su frecuencia, la longitud de onda
disminuye, ya que al disminuir la longitud
de la onda la cantidad de ondas que
cruzan por un punto es mayor, teniendo
un
comportamiento
inversamente
proporcional.



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60

Frecuencia y Longitud de Onda



CDYPSE

61

Espectro Electromagnético
• Las ondas electromagnéticas se acomodan en
función de su longitud de onda y forman lo que
se conoce como espectro electromagnético:



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62

Nanómetro
• Un nanómetro es un submúltiplo
del metro y representa:
1 nanómetro = 10-9 metros
1 nanómetro = 0.000,000,001



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63

Ondas Electromagnéticas
Reflexión acerca de las ondas electromagnéticas:
• Las ondas de radio y televisión siendo las menos energéticas a ciertas
distancias de kilómetros se va perdiéndose la señal o aparece interferencia.
• Las ondas de radar son de mayor energía tienen más alcance que las
ondas de radio.
• Las ondas infrarrojas tienen la capacidad con su energía de hacer que las
moléculas aumenten su movimiento (Aumento de Temperatura).
• Las ondas de la luz visible interactúan con los electrones de los átomos y
produciendo lo que nuestro sentido de la vista lo percibe como color.
• Las ondas de luz ultravioleta interactúan con los electrones de los átomos
dando la suficiente energía para que se puedan producir reacciones
químicas.
• Las ondas de los rayos X son interacciones con los electrones más
cercanos al núcleo y tienen el poder de atravesar ciertos materiales,
utilizándose por ejemplo en la obtención de las radiografías.
• Las ondas gama que pueden generar alteraciones en el núcleo de un
átomo.



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64

Luz Visible
•

De las ondas electromagnéticas,
un pequeño grupo puede ser
percibido por nuestra vista,
que son las ondas de la zona
visible, que las identificamos desde el color
rojo hasta el violeta, esta zona del espectro
la podemos observar después de un día
lluvioso y brilla el sol, en el horizonte
podemos ver un hermoso arco iris.



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65

Espectro de luz
• Dentro del laboratorio lo podemos obtener
al pasar un rayo luminoso a través de un
prisma de cristal:



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66

Prisma de Agua



CDYPSE

67

Luz Visible

• Este es el espectro de luz visible que su
longitud de onda va desde los 400 a los
700 nanómetros:


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68

Luz Visible
• Que es toda la gama de colores
que nuestro sentido de la vista
puede percibir:



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69

Luz Visible
• Donde las ondas de mayor energía son las
violetas y las de menor energía son las rojas,
recordemos que entre mayor sea la longitud de
la onda menor energía y viceversa.



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70

Rayos Infrarrojos
•

Los rayos infrarrojos que también
se reciben del Sol, son radiaciones electromagnéticas que no
pueden ser percibidos por
nuestro sentido de la vista, pero lo detectamos con nuestro sentido del tacto, que
se manifiesta como aumento de
temperatura de nuestro cuerpo.



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71

Rayos Infrarrojos

• Estos rayos invisibles de menor nivel de energía
que la luz visible, los utilizamos en cámaras de
video, cámaras fotográficas, controles remotos
para el encendido o apagado de equipo
electrónico


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72

E
N
E
R
G
Í
A

Tipo de
Radiación

Alteración

Rayos Gama

Núcleo

Rayos X

Electrones muy
cercanos al núcleo
Electrones
intermedios del
átomo

Rayos
Ultravioleta

Luz Visible
Rayos
Infrarrojos

T
A
M
A
Ñ
O

P
A
R
T
Í
C
U
L
D A
E

Electrones más
externos
Moléculas


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73

¿ Pero porque son absorbidos los rayos
infrarrojos por algunas sustancias?

• La radiación electromagnética que
corresponde a los rayos infrarrojos, va a
producir movimientos moleculares:



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74

Movimientos Moleculares



CDYPSE

75




CDYPSE

76




CDYPSE

77




CDYPSE

78




CDYPSE

79




CDYPSE

80

• Depende
de
la
energía de los rayos
infrarrojos (Longitud
de onda) el tipo de
movimiento que va a
producir, ya sea de
traslación, vibración o
rotación,
también
podrá
ser
el
movimiento externo o
interno


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81

Espectro de luz Infrarroja
• La absorción de las radiaciones infrarrojas
nos permite muchas veces determinar la
estructura de las moléculas a través los
diferentes niveles de energía que
absorbe, a esto le denomina espectro de
absorción infrarroja o espectro de
infrarrojo.



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82

Espectro de luz infrarroja

-1
cm

3400-3200
No presenta OH o NH


CDYPSE

83


3100 cm-1
ningún máximo para hacer pensar en
un CH insaturado
Doble o triple enlace


CDYPSE

84


-1
cm

2900
Cresta fuerte que indica CH
saturado


CDYPSE

85


-1
cm

2200
ningún enlace triple
asimétrico


CDYPSE

86


1710 cm-1
Fuerte absorbancia del grupo
carbonilo (Carbono Oxígeno)


CDYPSE

87


1610 cm-1
Ninguna absorción para hacer pensar
en dobles enlaces carbono –
carbono.


CDYPSE

88




CDYPSE

89

Efecto Invernadero
• El bióxido de carbono presente absorbe
más cantidad de luz
infrarroja, acumulando una mayor
cantidad de energía térmica, la cual al
momento de bajar la temperatura esta
empezará a liberarse haciendo que en la
superficie de la Tierra tenga una
temperatura mayor, que si solamente
estuviera en la atmósfera el aire
(Nitrógeno y Oxígeno).


CDYPSE

90

Aumento de Bióxido de Carbono
• Quema de Combustibles
(petróleo, carbón, gas, etc.)
• Tala de Bosques que disminuye el
proceso de la fotosíntesis.
• Aumento de la temperatura atmosférica
que favorece los incendios forestales.



CDYPSE

91

Gases de invernadero
Los principales gases responsables del aumento
de la temperatura en la Tierra son:

–
–
–
–
–

CO2
H2O
O3
CH4
Cloro-Fluoro Carbonos



CDYPSE

92

Efecto Invernadero
• Se compara la
influencia de la
atmósfera terrestre
con un invernadero
y los gases que
forman
la
atmósfera de la
Tierra sirven como
las paredes de
cristal
de
un
invernadero para
mantener el calor


CDYPSE

93

Efecto Invernadero

• El efecto invernadero es producto de la
absorción de los rayos infrarrojos procedentes
del Sol y que se absorben por el Bióxido de
Carbono presente en la atmósfera.


CDYPSE

94

Contaminación



CDYPSE

95

Consecuencias



CDYPSE

96

¿ Que se puede hacer ?
• Asumir una conciencia ecológica
para combatir la contaminación
de nuestro planeta, ya que la
solución es a partir de todos los
que habitamos en la Tierra



CDYPSE

97

¿ Te gusta el paisaje ?



CDYPSE

98

Cuidar nuestro planeta
• Actualmente se mantiene una
vigilancia muy estrecha de lo que
sucede en la Tierra y verificando
los niveles de temperatura, así
como las concentraciones de
bióxido de carbono presentes en
la atmósfera.


CDYPSE

99

Concentración de CO2



CDYPSE

100

Emisión por país de CO2



CDYPSE

101




CDYPSE

102




CDYPSE

103

Temperaturas del Planeta



CDYPSE

104

FIN


CDYPSE

105

Calor y Temperatura

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