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FISICA GENERAL TEMPERATURA Y CALOR

TEMPERATURA Y CALOR ,[object Object],[object Object],[object Object]

T A Consideremos dos cuerpos en contacto térmico: Q (calor) T A Q = 0 (no existe calor) Hay equilibrio térmico T B > T B =

[object Object],[object Object],T A = T B Equilibrio térmico C A B

[object Object],Se divide en 100 partes

[object Object],100° 0° T C °C 212° 32° T F °F

[object Object],0 K es llamado el cero absoluto. Gas 1 Gas 2 Gas Hg h -273,15 P T(°C) 0 100 0 K 273,15 K 373,15 K

[object Object],[object Object],[object Object],Donde:  L = cambio de longitud  T = cambio de temperatura Lo = longitud inicial L F = longitud final  = coeficiente de dilatación térmica lineal, en (°C) -1 = K -1  L T F T 0 L 0 ,[object Object],[object Object]

DILATACION SUPERFICIAL : ,[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],T 0 b 0 a 0 ,[object Object],[object Object],T F b F a F

An á logamente en dilataci ó n volum é trica: ,[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],T 0 b 0 a 0 c 0 T F b F a F c F

Medidores de temperatura usando una tira bimetálica:

Anomalía del agua: casi todos los cuerpos al aumentar su temperatura incrementa sus dimensiones, algunos cuerpos como el agua no cumplen esta regla. Consideremos aproximadamente 1 gramo de agua a 4 °C:

[object Object],[object Object],1 cal = 4.186 J Llamado también equivalente mecánico del calor . mg

[object Object],En: cal/°C o J/K La capacidad calorífica depende del material y de su masa: El material puede ser el mismo, pero como Δ T 1 > Δ T 2 , entonces C 1 < C 2 m 2m 1 2 Q Q

[object Object],El calor específico solo depende del tipo de material. El calor ganado o perdido por el cuerpo está dado por: Si: Q > 0  gana calor Q < 0  pierde calor

[object Object],[object Object],Por conservación de la energía: ∑Q = 0 m 1 Ce 1 (T F – T 1 ) + m 2 Ce 2 (T F – T 2 ) = 0 Q 1 + Q 2 = 0 Si: T 1 > T 2  T 1 > T F > T 2 + T 1 T 2 m 1 m 2 = T F Equilibrio térmico

[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],0°C 0°C +Q (el hielo se funde)

[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],100°C 100°C +Q (se evapora) Agua Vapor -Q (se condensa)

Temperatura vs. Calor agregado a una muestra de agua inicialmente en fase sólida a -20 °C : (°C)

[object Object],[object Object],[object Object],T 2 T 1 Q Aislante térmico T 1 > T 2

[object Object],+Q Tierra Vientos

Calor latente (todos a presión atmosférica): Sustancia Punto de fusión (ºC) Calor latente fusión (kJ/kg) Punto de ebullición (ºC) Calor lat. vaporización (kJ/kg) Helio -268,9 21 Nitrógeno -209,9 25,5 -195,8 201 Alcohol etílico -114 104 78 854 Mercurio -39 11,8 357 272 Agua 0 333 100 2255 Plata 96 88,3 2193 2335 Plomo 327 24,5 1620 912 Oro 1063 64,4 2660 1580

Calores específicos (a 20ºC y 1 atm de presión constante) Sustancia Calor específico Sustancia Calor específico Kca/(kg ºC) J/(kg ºC) Kca/(kg ºC) J/(kg ºC) Aluminio 0.22 900 Alcohol etílico 0.58 2400 Cobre 0.090 390 Mercurio 0.033 140 Vidrio 0.20 84 Agua: Hierro/Acero 0.11 450 Hielo (-5ºC) 0.50 2100 Plomo 0.031 130 Líquida (15ºC) 1.00 4183 Mármol 0.21 860 Vapor (110ºC) 0.48 2010 Plata 0.056 230 Cuerpo humano (promedio) 0.83 3470 Madera 0.4 1700 Proteínas 0.4 1700

Calores latentes (a 1 atm) Sustancia Punto de fusión (ºC) Calor de fusión Punto de ebullición (ºC) Calor de evaporación Kcal/kg kJ/kg Kcal/kg kJ/kg Oxígeno -218.8 3.3 14 -883 51 210 Alcohol etílico -114 25 104 78 204 85 Agua 0 79.7 333 100 539 2260 Plomo 327 5.9 25 1750 208 870 Plata 961 21 88 2193 558 2300 Tungsteno 3410 44 184 5900 1150 4800 Hierro 1808 69.1 289 3023 1520 6340

[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],TERMODINAMICA

[object Object],[object Object]

[object Object],P 0 P 0 W = P 0 Δ V El trabajo es igual al área del rectángulo : W = A P 0 Δ V Q P V P 0 V 1 V 2

[object Object],Area bajo la curva Nota: Si V 2 < V 1 , el trabajo es negativo: -W P V V 1 V 2 P V V 2 V 1

[object Object],[object Object],T i U i T f >T i U f + Q (calor) = Se dice que el cuerpo tiene un cambio de energía interna Δ U.

[object Object],Q = Δ U + W Sistema Q W Δ U

[object Object],[object Object],[object Object],Q = Δ U + W P 1 V 1 =V 2 Q = Δ U P 1 P V P 0 V 1 V 2 P V

[object Object],[object Object],Q = W P 2 V 1 0 = Δ U + W Δ U = - W P 1 V 2 P 2 V 1 P 1 V 2 P V P V

[object Object],[object Object],P 2 V 1 P 1 V 2 P V

[object Object],[object Object],El ciclo propuesto puede ser: Foco frío agua vapor Válvula de admisión Válvula de escape Condensador Foco caliente Q

[object Object],Eficiencia: Foco caliente Foco frío

Esquema de la máquina refrigerante: Ciclo de la máquina refrigerante: Refrigeradora

[object Object],[object Object],A temperatura constante: Por ejemplo si se tiene un cubo de hielo a 0°C y se le da el calor suficiente para fundirlo: S i En J/K + Q (calor) = S f S f > S i Δ S>0

[object Object],[object Object],[object Object]

CICLO DE UN MOTOR GASOLINERO: (admisión) (compresión) (ignición) (potencia) (escape)

El ciclo de Otto es para un motor a gasolina:

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