CALOR Y TEMPERATURA

1. CALOR Y TEMPERATURA TEMA 3

2. ENERGIA TERMICA • Toda la materia está formada por partículas. • El tamaño de las partículas es muy pequeño. • Las partículas se agrupan formando partículas de mayor tamaño. • La energía térmica está directamente relacionada con el movimiento de las partículas: ENERGIA TERMICA= ENERGIA CINETICA MEDIA DE LAS PARTICULAS • Movimiento de las partículas: • Las partículas de las sustancias sólidas tienen un movimiento vibratorio. • Las partículas de las sustancias liquidas y gaseosas tienen un movimiento browniano (¿al azar?) • El calor (al igual que el trabajo) no son formas de energía, sino maneras de transferir la energía térmica.

3. TEMPERATURA • La temperatura es la medida de la energía térmica de una sustancia (no del calor). • La temperatura se relaciona con el movimiento de las partículas (=energía cinética media) que constituyen las sustancias (ej. El agua tiene mayor contenido energético que el hielo) ↑ Temperatura → ↑ Movimiento partículas → ↑ Energía Térmica

4. TEMPERATURA Y ESTADOS DE LA MATERIA • Estados de la Materia: • Sólidos: • Las partículas están firmemente unidas entre sí. • Tienen movimientos vibratorios • Las partículas no se desplazan. • Líquidos: • Las partículas están unidas, pero no muy firmemente. • Las partículas tienen movimientos al azar. • Las partículas pueden desplazarse. • Gaseosos: • Las partículas están muy separadas. • Las partículas se mueven libremente a gran velocidad. • No siempre que transferimos calor a una sustancia, ésta aumenta su temperatura (en los cambios de estado, la energía térmica se utiliza para romper enlaces). Sólidoscalor Líquidocalor Gaseoso (no al revés) • Estados de la Materia: • Sólidos: • Las partículas están firmemente unidas entre sí. • Tienen movimientos vibratorios • Las partículas no se desplazan. • Líquidos: • Las partículas están unidas, pero no muy firmemente. • Las partículas tienen movimientos al azar. • Las partículas pueden desplazarse. • Gaseosos: • Las partículas están muy separadas. • Las partículas se mueven libremente a gran velocidad. • No siempre que transferimos calor a una sustancia, ésta aumenta su temperatura (en los cambios de estado, la energía térmica se utiliza para romper enlaces). Sólidoscalor Líquidocalor Gaseoso

5. DILATACION Y TEMPERATURA • Al aumentar la temperatura de una sustancia, aumenta la agitación (movimiento) de sus partículas (las distancias aumentan entre cada una de las partículas). • Ocurre en todos los estados de la materia, pero es mas llamativo en los gases. • Juntas de dilatación.

6. MEDIDA DE LA TEMPERATURA • La temperatura se mide con un instrumento denominado termómetro. • La unidad de medida de la temperatura es el Kelvin. • El funcionamiento de los termómetros se basa en la propiedad que tienen la mayoría de las sustancias de dilatarse (aumentan su volumen) a medida que aumenta su temperatura. • Los termómetros miden la temperatura según la dilatación o contracción de su liquido interior (mercurio, alcohol). • Cuando se mide la temperatura de un cuerpo, lo que se hace es comparar su agitación térmica con la de otro cuerpo tomado como referencia (hasta que se alcanza el equilibrio térmico).

7. TIPOS DE TERMOMETROS • Termómetros de mercurio: no son útiles para temperaturas inferiores a -39ºC (solidificación del mercurio). • Termómetros de alcohol: no son útiles para temperaturas inferiores a -114ºC (solidificación del alcohol). • Pirómetros: se utilizan para medir altas temperaturas (700 – 3000 ºC). Se basa en el color de la radiación emitida por la sustancia a medir. • Termómetros de láminas bimetálicas. • Termómetros de bulbo húmedo. • Termopar

8. ESCALAS DE TEMPERATURA • Kelvin (K): • Relacionada con el movimiento real de las partículas (a 0K no hay movimiento de partículas). • T(K) = T(ºC) + 273 • Centígrada ó Celsius (ºC): • Toma como referencia la temperatura de fusión del agua (0ºC) y de ebullición del agua (100ºC). • Fahrenheit (ºF): • Utilizada en países anglosajones • T(ºF) = 9/5 T(ºC) + 32 • Reaumur (ºR): • En desuso. • T(ºR) = 4/5 T(ºC)

9. CALOR Y EQUILIBRIO TERMICO • El equilibrio térmico se alcanza cuando dos cuerpos o sistemas materiales igualan su temperatura. • Cuando dos cuerpos se ponen en contacto, el cuerpo de mayor temperatura transfiere energía térmica (en forma de calor) al cuerpo de menor temperatura (nunca al revés), hasta alcanzar el equilibrio térmico. • Una vez alcanzado el equilibrio térmico, cesa la transferencia de energía térmica (en forma de calor) entre los dos cuerpos. • Calor: es la transferencia de energía térmica entre dos cuerpos que se hallan en desequilibrio térmico. • La transferencia de calor entre dos cuerpos es independiente del tamaño de ambos cuerpos (por lo tanto, el calor es una propiedad intensiva). • Unidad de medida del calor S.I.: Julio (J) → el calor se mide en unidades de energía. • Calorías (cal): cantidad de calor (o energía térmica) necesaria para elevar la temperatura de 1 gramo de agua 1ºC 1 cal = 4,18 J 1 J = 0,24 cal

10. MECANISMOS DE TRANSMISION DEL CALOR • CONDUCCION: • Es la forma de transmisión de calor de unas partículas a otras, propias de los cuerpos sólidos (debido a que las partículas están juntas, se producen choques entre ellas). • En la conducción se transmite energía (térmica) pero no se transmite materia. • En el vacío el calor no se propaga por conducción (no hay partículas que puedan transportarlo). • Conductividad térmica: capacidad que tiene los cuerpos para conducir el calor. • Conductores térmicos: aquellos cuerpos que transmiten rápidamente la energía térmica de un punto a otro (ej. Metales). • Aislantes térmicos: aquellos cuerpos que transmiten lentamente la energía térmica de un punto a otro (ej. Madera, ladrillo, plástico,…). • CONVECCION: • Proceso de transferencia de energía térmica de un punto a otro de un liquido o gas (fluidos), debido al movimiento del propio fluido. • La transmisión de calor se realiza mediante corrientes de convección ó corrientes convectivas (el fluido más caliente es menos denso y se eleva, mientras que el fluido más frío es más denso y se hunde). • En la convección se transmite tanto materia como energía (térmica). • RADIACION: • Proceso de transferencia del calor a través de la energía radiante que emiten los cuerpos. • La energía radiante puede propagarse por el vacío. • No requiere que los cuerpos estén en contacto. • En la radiación se transmite energía (radiante) pero no materia. • Todos los cuerpos emiten energía radiante (cuanto mayor sea su temperatura mayor será la energía radiante que emita). • Todos los cuerpos materiales absorben y reflejan energía radiante. • Espectro electromagnético

11. LEY DE NEWTON DEL ENFRIAMIENTO • Solo es efectiva en la transmisión de calor por conducción. • La rapidez de transmisión del calor depende de: • Diferencia de temperatura entre 2 cuerpos (a mayor diferencia mayor rapidez de transmisión de calor). • Tamaño de los cuerpos (a mayor tamaño, más rapidez de transmisión de calor). • Conductividad térmica (a mayor conductividad, mas rapidez de transmisión de calor). • Separación entre los dos cuerpos (a mayor separación, menor transmisión de calor; la conducción requiere que los cuerpos estén en contacto).

12. VOCABULARY • CALOR: HEAT • TEMPERATURA: TEMPERATURE • ENERGIA TERMICA: THERMAL ENERGY • ENERGIA CINETICA: KINETIC ENERGY • PARTICULAS: PARTICLES • ESTADOS DE LA MATERIA: STATES OF MATTER • MEDIDA DE LA TEMPERATURA: TEMPERATURE MEASUREMENT • TERMOMETRO: THERMOMETER • ESCALAS DE TEMPERATURA: TEMPERATURE SCALES • EQUILIBRIO TERMICO: THERMAL EQUILIBRIUM • TRASMISION DEL CALOR: HEAT TRANSFER • CONDUCCION: CONDUCTION • CONVENCION: CONVECTION • RADIACION: RADIATION • CONDUCTOR TERMICO: THERMAL CONDUCTOR • AISLANTE TERMICO: THERMAL INSULATOR