domingo, 21 de noviembre de 2010
Bienvenida
18:37 | 
Publicado por
Equipo-2 "calor"
¡¡Bienvenidos a nuestro Blog!!
Bienvenidos, nosotros somos alumnos del5°C equipo no.2 del CENTRO DE BACHILLERATO TECNOLOGICO industrial y de servicios no.37 en Cd. Obregón, Sonora,México y hemos creado éste blog de física enfocado hacia el tema de “calor” donde hablamos de las características de éste fenómeno físico, con la finalidad de que ustedes tengan una mayor comprensión del tema para facilitar su estudio.
Bienvenidos, nosotros somos alumnos del
Esperamos que el blog sea de su agrado.
sábado, 20 de noviembre de 2010
¿Que es el calor?
Calor
Durante muchos años se creyó que el calor era un componente que impregnaba la materia y que los cuerpos absorbían o desprendían según los casos.
Lo que ves a la derecha es una manifestación del calor, es una llama, pero NO ES CALOR.
El calor es un concepto y por lo tanto no lo podemos ver, pero si podemos percibir sus efectos, como son:
š Cambios de temperatura.
š La dilatación de los cuerpos.
š Los cambios en los estados físicos de los cuerpos.
¿Qué es el calor?
Es importante dejar claro que los cuerpos no tienen calor, sino energía interna. El calor es parte de dicha energía interna (energía calorífica) transferida de un sistema a otro, lo que sucede con la condición de que estén a diferente temperatura.
El calor como causa de un trabajo mecánico.
Como ya anteriormente hemos visto el calor es energía térmica (calorífica) y por eso es capaz de generar un trabajo mecánico un claro ejemplo de esto es el funcionamiento de una maquina de vapor
Máquina de vapor, dispositivo mecánico que convierte la energía del vapor de agua en energía mecánica y que tiene varias aplicaciones en propulsión y generación de electricidad.
El principio básico de la máquina de vapor es la transformación de la energía calorífica del vapor de agua en energía mecánica, haciendo que el vapor se expanda y se enfríe en un cilindro equipado con un pistón móvil. El vapor utilizado en la generación de energía o para calefacción suele producirse dentro de una caldera.
La caldera más simple es un depósito cerrado que contiene agua y que se calienta con una llama hasta que el agua se convierte en vapor.
Recordemos que en la época de la revolución industrial se utilizaban mucho los barcos y trenes de vapor, los cuales llevaban grandes cantidades de carbón y madera para hacer funcionar la caldera.Unidades de energía.
La cantidad de calor que se les aplicada a estas maquinas de vapor se mide en unidades de energia como son:
Ø Joules: unidad de medida en el SI de energía, trabajo y calor.
Ø Erg: unidad de medida en el sistema Cgs.
Ø Caloria (CAL):cantidad de calor que aplicada a aun gramo de agua aumenta su temperatura 1°C
Ø Btu:(unidad térmica británica). Cantidad de calor que aplicada a una libra (454g)de agua aumenta su temperatura 1°F
Estas son algunas de las equivalencias establecidas al haber distintas unidades de medida.
1Btu=252 cal=.252 Kcal 1Joule= 0.24 cal 1cal=4.2 joules
1 Btu=778 Lb×pie 1Joule= 10 000 000 ergs
Calor latente.
Se llama calor “latente” por que resulta un calor que esta presente pero no se manifiesta en forma externa, es decir es un valor “escondido” (esto por que en latín, latente significa: escondido), y esto es por que mientras se da el cambio de estado, no se nota ningún cambio de temperatura.
El calor latente es la cantidad de energía que hay que entregarle a una determinada masa de sustancia para que esta cambie de estado (sólido, líquido o gaseoso).
Esto se representa con la sig. Formula:
Q = m*L
Donde:
Q: Cantidad de energía
m: Masa de sustancia
L: Calor latente de la sustancia (depende del tipo de cambio de fase y de a sustancia o elemento).
Mientras que la formula:
Q=Ce *m*DT
Nos da a conocer el calor necesario para elevar la temperatura cuando se cambia de fase.
En el caso del paso de sólido a líquido, se denomina “calor de fusión”, y en el caso del paso de líquido a gaseoso, se denomina “calor de vaporización”.
[Lf] =Cal/gr. [Lf] = Btu/lb [Lf] = J/Kg.
Calor latente de fusión.
El calor de fusión se mide en:
[Lf] =Cal/gr. [Lf] = Btu/lb [Lf] = J/Kg. Recordando que:
1 Lb=454gr.
1 Kg=1000gr.
Q = m*L
Calor latente de vaporización.
Al igual que en la fusión, es la energía necesaria para que un liquido pase a gaseoso y viceversa.
Q = m*L
Por ejemplo: un gramo de hielo va subiendo su temperatura hasta que llega a 0°C , desde ese momento, se mantiene a esa temperatura hasta que el último trozo de hielo se derrite, esto por que todo el calor que se entrega es absorbido en la fusión del hielo; una vez que se ha fundido todo el hielo, el agua comienza nuevamente a calentarse hasta los 100°C (a nivel del mar), cuando el agua comienza a evaporarse sin cambiar esa temperatura.
Ejemplo: para que el agua cambie de sólido (hielo) a líquido, a 0ºC se necesitan 334·103 J/kg. Para que cambie de líquido a vapor a 100 ºC se precisan 2260·103 J/kg.
Estas tablas nos den los valores de calor latente de fución y vaporización de algunos elementos y sustancias.
sustancias | tf [°C] | Lf [cal/g] | te [°C] | Le [cal/g] |
H20 | 0,00 | 79,71 | 100,00 | 539,60 |
Hg | -39,00 | 2,82 | 357,00 | 65,00 |
Cu | 1083,00 | 42,00 | 2566,90 |
Calor latente medido en L=J/Kg.
Sustancia | Lf ·103 (J/kg) | Lv ·103 (J/kg) |
Hielo (agua) | 334 | 2260 |
Alcohol etílico | 105 | 846 |
Benceno | 127 | 396 |
Un ejemplo clásico en el que se utilizan los conceptos de calor específico y calor latente es el siguiente:
Determinar el calor que hay que suministrar para convertir 1g de hielo a -20 ºC en vapor a 100ºC .
Los datos son los siguientes:
- Calor específico del hielo ch=2090 J/(kg K)
- Calor de fusión del hielo Lf=334·103 J/kg
- Calor específico del agua c=4180 J/(kg K)
- Calor de vaporización del agua Lv=2260·103 J/kg
- tH=
-20ºC = 253 K - tV=
100°C =373 K
Calcular: el calor total suministrado para que el hielo pase de estado solidó a gaseoso.
Formulas:
Q = m*L ---------------------> calor requerido para que ocurra el cambio de fase.
Sustitución y operación:
- Se eleva la temperatura de 1g de hielo de
-20ºC (253 K) a0ºC (273 K)
Q= m * Ce *DT
Q1=0.001·2090·(273-253)=41.8 J
- Se funde el hielo sin cambio de temperatura.
Q = m*L
Q2=0.001·334·103=334 J
- Se eleva la temperatura del agua de 0º C (273 K) a
100 ºC (373 K)
Q= m * Ce *DT
Q3=0.001·4180·(373-273)=418 J
- Se convierte
1 g de agua a100ºC en vapor a la misma temperatura
Q = m*L
Q4=0.001·2260·103=2260 J
El calor total Q=Q1+Q2+Q3+Q4=3053.8 J.
Capacidad calorífica y calor específico.
La capacidad calorífica
es la relación entre el calor suministrado y el aumento correspondiente de temperatura, es decir que los diferentes materiales tienen su forma muy particular de absorber y retener el calor.
Para medir la capacidad calorífica bajo unas determinadas condiciones es necesario comparar el calor absorbido por una sustancia (o un sistema) con el incremento de temperatura resultante. La capacidad calorífica viene dada por:
C=∆Q/∆T
Donde:
C= capacidad calorífica, que en general será función de las variables de estado.
Q = es el calor absorbido o suministrado por el sistema.
ΔT = la variación de temperatura
Calor especifico.
El término "calor específico" tiene su origen en el trabajo del físico Joseph Black, quien realizó variadas medidas calorimétricas y usó la frase “capacidad para el calor”. En esa época la mecánica y la termodinámica se consideraban ciencias independientes, por lo que actualmente el término podría parecer inapropiado; tal vez un mejor nombre podría ser transferencia de energía calorífica específica, pero el término está demasiado arraigado para ser reemplazado.
Calor especifico: es una magnitud física que se define como la cantidad de calor que hay que suministrar a la unidad de masa de una sustancia o sistema termodinámico para elevar su temperatura en una unidad (kelvin o grado Celsius). En general, el valor del calor específico depende de dicha temperatura inicial.
El calor específico es una propiedad intensiva de la materia, por lo que es representativo de cada sustancia; por el contrario, la capacidad calorífica es una propiedad extensiva representativa de cada cuerpo o sistema particular.
Cuanto mayor es el calor específico de las sustancias, más energía calorífica se necesita para incrementar la temperatura; Por ejemplo, se requiere ocho veces más energía para incrementar la temperatura de un lingote de magnesio que para un lingote de plomo de la misma masa.
Cuanto mayor es el calor específico de las sustancias, más energía calorífica se necesita para incrementar la temperatura; Por ejemplo, se requiere ocho veces más energía para incrementar la temperatura de un lingote de magnesio que para un lingote de plomo de la misma masa.
La formula que representa al calor especifico es la sig.
Ce= Q/(m) (∆T)
Donde:
Q= cantidad de calor
m= masa
∆T= cambio o variación de la temperatura.
Ejemplos
¿Qué cantidad de calor se necesita aplicar para incrementar la temperatura de 50g de vidrio de20 a 50°C ?
¿Qué cantidad de calor se necesita aplicar para incrementar la temperatura de 50g de vidrio de
Datos Formula Sustitución
M=50g Q=(m)(Ce)(∆T) Q=50g(0.199 cal/g°C)(50-20)=298.5cal
To=20°C
Tf=50°
M=50g Q=(m)(Ce)(∆T) Q=50g(0.199 cal/g°C)(50-20)=298.5cal
To=20°C
Tf=50°
Calor especifico y Capacidad calorifica de algunos materiales.
En la tabla se puede ver que de los materiales comunes poseen una gran capacidad calorífica el agua muros de agua, la tierra o suelo seco compactado (adobe, tapia), y piedras densas como el granito junto a los metales como el acero. Estos se encuentran entre los 500 y 1000 kcal/m³ ºC.
Luego se encuentra otro grupo que va de 300 a 500 kcal/m³ ºC entre los que se ubica la mayoría de los materiales usuales en la construcción actual, como el ladrillo, el hormigón, las maderas, los tableros de yeso roca y las piedras areniscas.
En un último grupo se encuentra (3 a 35 kcal/m³ ºC), los aislantes térmicos de masa como la lana de vidrio, las lanas minerales, el poliestireno expandido y el poliuretano expandido que por su "baja densidad" debido a que contienen mucho aire poseen una capacidad calorífica muy baja pero sirven como aislantes térmicos.
Un caso especial es el aire (0,29 kcal/m³·K; 1,214 J/m³·K), que sirve como un medio para transportar el calor en los sistemas pasivos pero no para almacenar calor en su interior.
Intercambio de calor.
Es la transferencia o absorción de calor en los materiales al estar en contacto con otro cuerpo de mayor temperatura.
Un ejemplo muy común es cuando una taza con café caliente le vertemos leche a temperatura ambiente ¿Que pasa con la mezcla de café y leche? ¿Que sustancia adquiere más temperatura o cual pierde más calor? Para comprender mejor este fenómeno hay que tener en cuenta que siempre que dos objetos se encuentren juntos durante un tiempo suficiente, adquirirán la misma temperatura, debido a la transferencia de calor del cuerpo mas caliente al más frió, es decir alcanzan un equilibrio térmico lo que da lugar a la ley del intercambio de calor, la cual dice:
En cualquier intercambio de calor que se efectué, el calor cedido es igual al absorbido.
Esto se representa con la sig. Formula:
Calor perdido=calor ganado
Qp = Qg
(m)(Ce)(DT) = (m)(Ce)(DT)
Es un instrumento que sirve para determinar el calor específico de algunas sustancias. Es decir, sirve para determinar el calor específico de un cuerpo, así como para medir las cantidades de calor que liberan o absorben los cuerpos. Consta de un recipiente metálico delgado generalmente de aluminio, sostenido por un aro de plástico y colocado dentro de un recipiente también de plástico.
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