martes, 20 de noviembre de 2007

El calor y La temperatura

El calor y la Temperatura

¿Qué es el calor?

El calor es una forma de energía asociada al movimiento de los átomos, moléculas y otras partículas que forman la materia. El calor puede ser generado por reacciones químicas (como en la combustión), es debido a la agitación térmica de las moléculas.




¿Cómo se transmite el calor?

El calor puede ser transferido entre objetos por diferentes mecanismos, entre los que cabe reseñar la radiación, la conducción y la convección, aunque en la mayoría de los procesos reales todos los mecanismos anteriores se encuentran presentes en mayor o menor grado.

-Por conducción entre cuerpo sólidos en contacto
-Por convección en fluidos (líquidos o gases)
-Por radiación a través del medio en que la radiación pueda propagarse



Transmisión del Sólido:

Es la transmisión de calor por un cuerpo sin desplazamiento de sus moléculas.

En un sólido cada átomo dispone de una posición determinada y cada uno de ellos vibra con una intensidad reflejo de la energía calorífica de que dispone.

Si un átomo vibra mas intensamente que su átomo vecino como consecuencia de los impactos moleculares, cederá parte de ese movimiento al adyacente, intentando de esta forma que ambos se muevan sal unísono.

Esta transferencia de movimiento lleva implícito una transferencia de calor sin que en ningún momento haya habido transferencia de masa.



Transmisión del líquido

El calor se transmite al líquido que está en contacto con la placa por conducción.
En el líquido se establecen corrientes covectivas que lo mezclan y uniformizan el calor. El agua caliente sube y la fría baja.
El agua más caliente sube al depósito superior y de la parte inferior de este depósito baja el agua más fría que entra por la parte de abajo de la placa.




panel solar



Transición del Gaseoso

Las llamas (o una plancha eléctrica) calientan el metal porque los gases de combustión están en contacto con el fondo y le transmiten el calor por conducción (el metal se dilata y sus partículas vibran más).

El metal transmite el calor al agua del fondo del recipiente por conducción. El agua caliente del fondo asciende, originando corrientes convectivas (propagación por convección) y se mezcla con el agua fría.

Las paredes de los recipientes calientes emiten radiación en el infrarrojo a los alrededores.





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¿Cómo se mide el calor?

Para determinar, de manera directa, el calor que se pone de manifiesto en un proceso de laboratorio, se suele emplear un calorímetro. En esencia, se trata de un recipiente que contiene el líquido en el que se va a estudiar la variación de energía por transferencia de calor y cuyas paredes y tapa (supuestamente adiabáticas) deben aislarlo, al máximo, del exterior.















¿Qué es la colorimetría?

La colorimetría es una técnica instrumental que tiene por objeto determinar la absorción de luz visible por una muestra, que puede ser una sustancia pura o bien una mezcla o disolución.

Para ello se utiliza un instrumento constituido por los siguientes elementos

-Fuente de radiación (luz blanca)
-Sistema dispersivo (rendijas de entrada y salida, y red de difracción)
-Detector (fototubo que transforma la señal luminosa en una señal eléctrica)
-Sistema de medida de la absorción, una vez amplificada (convertidor analógico o digital).





¿Cómo se mide la temperatura?

Se han inventado muchos instrumentos para medir la temperatura de forma precisa. Todo empezó con el establecimiento de una escala de temperaturas. Esta escala permite asignar un número a cada medida de la temperatura.

La temperatura se mide con el termómetro.
Un termómetro es un aparato con el que podemos medir la temperatura de los cuerpos. El termómetro de mercurio convencional está formado por un tubo muy fino de vidrio (se llama capilar), cuyo extremo inferior se ensancha, formando un pequeño depósito o ampolla que se encuentra llena de mercurio.






¿Cuáles son las escalas termométricas?

Para expresar la temperatura de un cuerpo ha sido necesario crear escalas, cuyas subdivisiones se denominan grados.
En la actualidad se usan con mayor frecuencia las escalas termométricas siguientes:


a)Escala centígrada o Celsius.
b)Escala inglesa o Fahrenheit.
c)Escala Kelvin.
d)Escala Rankine.



¿Cuáles son las fórmulas?

Las fórmulas son:



1)Escala centígrada


ºC= ºF-32/1,8


2)Escala Fahrenheit

ºF= (ºC x1, 8)+ 32


3) Escala de Kelvin

K= ºC + 273



Conversión de la temperatura

La escala Celsius y la escala Kelvin tienen una transformación muy sencilla:


grados K=273.15 + grados C


En la transformación de grados centígrados a grados Fahrenheit debes tener en cuenta que cada grado centígrado vale 1,8 ºF.Por lo tanto debes multiplicar los grados centígrados por 1,8 que equivale a 9/5 . Como el cero Celsisus corresponde al 32 Fahrenheit debes sumar 32:

gradosF=(9/5)*gradosC+32

Para la transformación inversa se despeja y queda:

gradosC=(5/9)*( grados F-32)







Convercción de el calor

La transferencia de calor por corrientes de convección en un líquido o en un gas, está asociada con cambios de presión, debidos comúnmente a cambios locales de densidad. Un aumento de temperatura en un fluido va acompañado por un descenso de su densidad. Si aplicamos calor en la base de un recipiente, el fluido, menos denso en esta parte debido al calentamiento, será continuamente desplazado por el fluido más denso de la parte superior. Este movimiento que acompaña a la transmisión del calor se denomina convección libre.



Ejemplos clásicos de convección son :


El movimiento del viento sobre la tierra


La circulación del aguan en un sistema de calefacción doméstico.






Primera Semana!



Caloría y Kilocaloría

Kilocaloría:

Unidad de energía calorífica igual a 1000 calorías. A menudo se utiliza para expresar el contenido energético de las moléculas alimenticias: la fuerza de los enlaces, por ejemplo, se miden en kcal/mol.



Caloría:

El concepto de caloría se refiere a una unidad de energía, la cual puede encontrarse almacenada en los alimentos que consumes o en tu cuerpo. La unidad estándar de energía calorífica es la caloría (cal.), definida como la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de 1 gramo de agua, 1 grado centígrado entre los 15 y 16 grados centígrados.





Descubrimiento del Calor

Glasgow Joseph Black (1728-1799) en 1760.





Como se propaga el calor

POR CONDUCCIÓN:

Cuando el calor de propaga sin transporte real de la sustancia que forma el sistema, por medio de intercambios energéticos (choques) entre sus partículas integrantes (átomos, moléculas, electrones) se dice que se ha transmitido por conducción.






















POR CONVECCIÓN:

Cuando el calor se transmite por medio de un movimiento real de la materia que forma el sistema se dice que hay una propagación de calor por convección. Un ejemplo son: Los radiadores de agua caliente y las estufas de aire.
























POR RADIACIÓN:

Además de los procesos descritos convección y conducción, un sistema puede transmitir energía mediante la transmisión de ondas electromagnéticas. Un segundo cuerpo puede absorber estas ondas y con ello aumentar su temperatura. Entre los dos cuerpos se registra un cambio de temperatura. Entre los dos cuerpos se registra un cambio de temperatura se dice que ha habido una propagación del calor por radiación.















La dilatación


Llamamos dilatación al cambio de dimensiones que experimentan los sólidos, líquidos y gases cuando se varía la temperatura, permaneciendo la presión constante. La mayoría de los sistemas aumentan sus dimensiones cuando se aumenta la temperatura.


Demostración de la dilatación


Dilatación Lineal:

El incremento que experimenta la unidad de longitud al aumentar 1 ºC su temperatura, se denomina " Coeficiente de Dilatación Lineal”.

L = Lo ( 1 + £ At )

L = Longitud final

Lo = Longitud inicial

£ = Coeficiente de Dilatación Líneal

At = incremento de temperatura = (tf - to)


Dilatación Superficial:

El incremento que experimenta la unidad de superficie al aumentar 1 ºC su temperatura se denomina " Coeficiente de dilatación superficial”.

S = So (1 + ß At)

S = Superficie final

So = Superficie inicial

ß = Coeficiente de Dilatación Superficial (aproximadamente igual a 2 £ )

At = Incremento de temperatura = (tf - to)



Dilatación Cúbica:

El incremento que experimenta la unidad de volumen al aumentar 1ºC su temperatura se denomina " Coeficiente de Dilatación Cúbica"

V = VO (1 + y At)

V = Volumen final

Vo = Volumen inicial

y = Coeficiente de Dilatación Cúbica

At = Incremento de temperatura = (tf - to)

Anillo de Gravesande

Este aparato se encuentra compuesto por una esfera metálica suspendida de un soporte. En el mismo soporte se encuentra sujeto un anillo por el cual la esfera, por sus dimensiones a temperatura ambiente, puede pasar sin dificultad. Por otro lado, por debajo de la esfera se encuentra una lámpara de alcohol. Debido al calor que proviene de la lámpara, la esfera aumenta su volumen -se dilata- haciéndose esto evidente porque ya no puede pasar por el anillo.

Anillo de Gravesande




















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1 comentario:

larofe dijo...

Buen trabajo, solo hay que agregar las fuentes de acopio y los efectos del calor