GUÍA: ”TEMPERATURA Y CALOR”

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El calor se puede propagar a través de tres mecanismos:

- Propagación del calor por conducción: El calor se transfiere de un cuerpo a otro por contacto y sin movimiento de la materia. La propagación por conducción es distinta dependiendo del material en que se produzca. Los mejores conductores del calor son los metales. Según la cualidad que posea un determinado material para conducir el calor, este puede ser clasificado como conductor térmico o aislante térmico. Algunos ejemplos de aislantes térmicos son la fibra de vidrio y plumavit.

- Propagación del calor por convección: es la transmisión de calor que tiene lugar mediante el movimiento de las partículas de un fluido. Al calentar, por ejemplo, agua en un recipiente, la parte del fondo se calienta antes, se hace menos densa y sube, bajando el agua de la superficie que está más fría y así se genera un proceso cíclico.

- Propagación del calor por radiación: es la transferencia de calor mediante ondas electromagnéticas, sin la intervención de partículas materiales que lo transporten. Por ejemplo, la Tierra recibe energía radiante procedente del Sol, gracias a la cual la temperatura del planeta resulta idónea para la vida. Otros ejemplos son una vela o una ampolleta, las cuales son fuentes de radiación térmica, al igual que una estufa o un brasero. En todos los casos mencionados existe también una corriente de convección que nace de la fuente térmica y mueve el aire circundante, pero la radiación térmica tiene la particularidad de que se puede propagar por el vacío. Por lo tanto, La radiación es un proceso por el cual fluye calor desde un cuerpo de alta temperatura a un cuerpo de baja temperatura cuando estos se encuentran separados por un espacio que incluso puede ser el vacío. Por eso, si acercas la mano al calentar un metal, notarás el calor sin necesidad de tocarlo. Cuando se calienta, el metal se pone rojo, porque emite el calor en forma de luz roja, y a medida que se pone más caliente va cambiando de color: amarillo rojizo, amarillo, blanco azulado, hasta blanco.[pic 7]

¿Qué es el calor específico?

El calor específico es la cantidad de energía por cada gramo de una sustancia, necesaria para que su temperatura aumente en un grado centígrado (°C) o grado kelvin (°K). El calor específico del agua es de 1 cal/g°C, lo que significa que un gramo de agua necesita una caloría de calor para elevar su temperatura en 1°C. [pic 8]

Calor cedido y absorbido

Los científicos han establecido expresiones matemáticas para demostrar la relación entre calor cedido o absorbido, la masa, la naturaleza de la sustancia y la variación de la temperatura.

En cualquier mezcla, la mezcla alcanzará el equilibrio térmico, con lo cual se puede establecer que el calor cedido por un cuerpo será igual al calor absorbido por el otro. Esto se expresa como:[pic 9]

Para calcular el calor cedido o absorbido en una transferencia que provoca un cambio de temperatura, se ocupa la relación:

[pic 10][pic 11]

Ejemplo: Se necesita calcular cuánto calor se debe suministrar a una barra de aluminio de 2 kg para que aumente su temperatura de 20°C a 50°C. El calor específico del aluminio es 0,22 cal/g°C.

Datos:

Masa de aluminio: 2kg = 2.000 gramos (Se debe expresar siempre en gramos, y 1kg=1.000 g)

Temperatura inicial = 20°C Temperatura final = 50°C

[pic 12]

Aplicando la fórmula: [pic 13]

[pic 14]

Q = 13.200 calorías

¿Cómo se relacionan los cambios de estado con el calor?

A los cambios en el estado de las sustancias se les denomina cambios de fase, los cuales son producidos por la absorción o liberación de calor. [pic 15]

Por ejemplo, si se analiza el caso de calentamiento de un cubo de hielo, al someterse a una fuente de calor, va aumentando su temperatura, pero en el momento en que cambia de fase o de estado, la temperatura se mantiene constante debido a que toda la energía es utilizada para romper las interacciones que mantienen unidas a las partículas y así pasar a un estado de mayor energía cinética. Estos puntos son conocidos como punto de fusión (paso de sólido a líquido) y punto de ebullición (paso de líquido a gaseoso).

¿Qué es el calor latente de fusión y evaporación?

Se denomina calor latente al calor necesario para producir un cambio de estado en una determinada sustancia, y dependiendo del cambio de estado que se produzca el calor latente podrá ser de fusión o de vaporización.

Calor latente de fusión: Cuando se efectúa la fusión, el calor que absorbe el sólido por unidad de masa se denomina calor latente de fusión.

Calor latente de vaporización: Al calor, por unidad de masa, que se requiere para que un líquido pase al estado gaseoso se le conoce como calor latente de vaporización. Este proceso puede ocurrir por evaporación o por ebullición.

Evaporación: Proceso en el cual solo las partículas de la superficie del líquido adquieren la energía cinética suficiente para cambiar a estado gaseoso. Puede ocurrir a cualquier temperatura.

Ebullición: Participan todas las partículas del líquido, las cuales adquieren la energía cinética suficiente para cambiar de estado. La temperatura de ebullición es específica para cada líquido, por ejemplo el agua tiene como temperatura de ebullición 100°C en condiciones normales.

En resumen:

[pic 16]

ACTIVIDADES

(Recuerda que para que tus actividades tengan décimas adicionales a la nota de tu prueba deben ser entregadas como plazo máximo el día de la prueba)

- Usando las expresiones aprendidas en clases sobre escalas termométricas, completa el siguiente cuadro el cual indica temperaturas registradas en un día para algunas ciudades del mundo:

CIUDAD

Temperatura (°C)

Temperatura (°K)

Temperatura (°F)

México