Ley de Charles

INSTITUCIÓN EDUCATIVA MONSEÑOR GERARDO VALENCIA CANO
AREA: CIENCIAS NATURALES Y EDUCACIÓN AMBIENTAL
ASIGNATURA:
FISICA
GUIA Nº 2
GRADO: 11°
¨La excelencia no es una meta es un estilo de vida¨.
Profesor: Melquisedec Lemos García.
LOGROS: 2. Diferencia los conceptos de calor y temperatura y los aplica al analizar situaciones físicas, identifica las
necesidades de cambio de una situación y establece acciones para su solución (CL)
3. Describe el comportamiento de los gases a partir del modelo del gas ideal y sistemas sometidos a procesos
termodinámicos, recopila, organiza y analiza información que transmite a sus compañeros (CL)
INDICADORES DE LOGRO
Analiza y explica los conceptos de calor y temperatura.
Analiza y explica el concepto de calor y los efectos de este en diagramas de fase y calorimetría.
Analiza y explica la transferencia de calor por conducción, convección y radiación.
Resuelve problemas de calor y temperatura aplicando los conceptos básicos de la calorimetría.
Analiza y explica el concepto de calor y los efectos de este en diagramas de fase y calorimetría.
Resuelve problemas de calor y temperatura aplicando los conceptos básicos de la calorimetría.
Establece relaciones entre el comportamiento de los gases con la teoría cinética e Identifica las leyes de los gases
ideales.
CALOR Y TEMPERATURA
El calor puede tomarse como una forma de energía en tránsito que se transfiere de un cuerpo de mayor temperatura
a otro de menor temperatura.
La temperatura es la magnitud que permite registrar el valor promedio de la Energía Interna de los cuerpos.
Los cuerpos no tienen calor, tienen energía interna y tienen temperatura. Reservamos el término "calor" para la
energía que se transfiere de un cuerpo a otro.
Si un cuerpo recibe energía calorífica aumenta la agitación de las partículas que lo forman (átomos, moléculas o
iones) y se pueden producir también cambios en la materia: dilatación, cambios de color (piensa en una barra de
metal al calentarla), variación de su resistencia a la conducción, etc. Estos cambios se pueden utilizar para hacer una
escala de temperatura.
Al poner en contacto dos sustancias la agitación de las partículas de una se transmite, mediante choques, a las
partículas de la otra hasta que se igualan sus velocidades. Las partículas de la sustancia más caliente son más
rápidas y poseen más energía. En cada impacto ceden parte de la energía a las partículas más lentas con las que
entran en contacto. Las partículas de la sustancia que está a mayor T se frenan un poco, pero al mismo tiempo hacen
que la más lentas aceleren.
Finalmente las partículas de las dos sustancias alcanzan la misma velocidad media y por lo tanto la misma
temperatura: se alcanza el "equilibrio térmico".
Para diseñar un instrumento que mida la temperatura debemos escoger una cualidad de la materia que sea
fácilmente observable, que varíe de manera importante con la agitación de sus partículas, que sea fácil de medir y
que nos permita relacionar su variación con la agitación que tiene el cuerpo.
La cualidad elegida en los termómetros de mercurio es la dilatación, pero existen otros tipos de termómetros basados
en otras cualidades.
Se utiliza el mercurio para construir termómetros porque es un metal que es líquido entre -20 ºC y 100ºC y porque se
dilata mucho. Encerramos el metal dentro de un tubo fino (capilar) para que al dilatarse un poco avance mucho por el
tubo (cuanto más fino sea el tubo más centímetros avanza). Midiendo longitudes de la columna podemos establecer
una relación entre la dilatación y el nivel de agitación de la sustancia a medir.
ESCALAS DE TEMPERATURA
El cero absoluto o 0 K es el punto más bajo de temperatura posible e inalcanzable en la práctica. A la temperatura del
cero absoluto no hay movimiento y desde él no se puede sacar calor. En ese estado todo el movimiento atómico y
molecular se detiene, es la temperatura más baja posible. Todos los objetos tienen una temperatura más alta que el
cero absoluto y por lo tanto emiten energía térmica o calor.
Conversión de valores de temperaturas
ºK = 273,15 + ºC
ºC = ºK – 273, 15
ºF = (9/5)*ºC + 32
ºC = (5/9)*(ºF - 32)
UNIDADES DE MEDIDA DEL CALOR Siendo el calor una forma de energía debe medirse en las mismas unidades
de ésta: Julios, ergios. Así mismo se manejan otras unidades:
Caloría ( c ) : Es la unidad de calor que se requiere para elevar la temperatura de 1 g de agua e 1 ºC.
1 caloría = 4,18 J
1 Kilo caloría ( C ): es la unidad con que se mide el contenido energético de los alimentos.
FORMAS DE TRANSMISION DEL CALOR
CONDUCCIÓN
En los sólidos el calor se propaga por conducción. La agitación de las moléculas próximas al foco de calor se propaga
a las moléculas vecinas sin que se muevan de lugar. Hay sólidos que son buenos conductores del calor, como los
metales, y otros que conducen con dificultad el calor, como la madera o el corcho. Por eso, las paredes de las casas
se recubren de estos materiales, para asegurar un buen aislamiento térmico.
CONVECCIÓN
En los líquidos y en los gases el calor se propaga por convección. Las moléculas calientes de un líquido o de un gas
tienen tendencia a elevarse, mientras que las moléculas frías tienden a descender. Así, se forman unas corrientes,
llamadas de convección, que ayudan a transportar el calor a todas partes. Pueden observarse estas corrientes en un
recipiente de agua que se está calentando echando aserrín en él.
RADIACIÓN
El calor del Sol llega a la Tierra después de un largo viaje a través del espacio vacío. El calor del Sol no se propaga
ni por conducción, ni por convección. Esta forma de propagación de la energía calorífica que no precisa soporte
material se denomina radiación. Este tipo de propagación del calor también se da en lámparas eléctricas.
La radiación es la transferencia de energía a través del espacio por medio de ondas electromagnéticas,
CALOR ESPECIFICO
Se define calor específico c como la cantidad de calor que hay que proporcionar a un gramo de sustancia para que
eleve su temperatura en un grado centígrado. En el caso particular del agua c vale 1 cal/(g ºC) ó 4186 J(kg ºK).
La cantidad de calor Q que es necesario suministrarle a una sustancia para elevar su temperatura de T1 a T2 está
dada por la fórmula:
Q = m. c . T
Donde m es la masa, c la constante de calor especifico y T el cambio en la temperatura T2 – T1
DILATACIÓN TÉRMICA
Al aplicarle calor a un cuerpo, vemos que el mismo sufre alteraciones en sus propiedades ( forma, longitud,
temperatura, etc. ), esto es debido a la acción del calor sobre el cuerpo.
Por ello poseemos tres tipos de dilatación, de acuerdo al tipo de propiedad fijada: lineal, superficial y volumétrica
Dilatación de Lineal :
Si suponemos una varilla de longitud inicial (lo) , a una temperatura
inicial (To) y le entregamos una cierta cantidad de calor , de tal forma
que pase a una temperatura T> To , veremos que se presenta una
dilatación, este alargamiento es directamente proporcional a la
elevación de temperatura y al largo inicial de la varilla donde:  es el
Coeficiente de Dilatación Lineal, T cambio en la temperatura, lo es
la longitud inicial.
Calor específico de algunas sustancias.
Dilatación Superficial:
Si se tiene una superficie de tamaño So a una temperatura To, al
entregársele cierta cantidad de calor, de tal forma que su nueva
temperatura sea T, experimentará una variación en su superficie
y su nuevo tamaño estará expresado por S, donde: donde:
  2 es el Coeficiente de Dilatación Lineal, T cambio en la
temperatura ,So es la superficie inicial.
Dilatación Volumétrica
Si se tiene un cuerpo de volumen Vo a una temperatura To,
al entregársele una cierta cantidad de calor de tal forma que
su nueva temperatura sea T, experimentará una variación en
su volumen y su nuevo tamaño estará expresado por V :
donde:   3 es el Coeficiente de Dilatación volumétrica,
T cambio en la temperatura ,Vo es el volumen inicial.
DILATACION
IRREGULAR
DEL AGUA
En los sólidos
y los líquidos
en general, aumentan su volumen cuando elevamos la temperatura.
Pero algunas sustancias, en determinados intervalos de temperatura
presentan un comportamiento inverso; es decir, disminuyen de
volumen cuando su temperatura se eleva. De aquí que tales
sustancias tengan, en estos intervalos, un coeficiente de dilatación
negativo.
El agua, por ejemplo, es una de las sustancias que presentan esta
irregularidad en su dilatación. Cuando la temperatura del agua
aumenta entre 0ºC y 4ºC, su volumen disminuye. Al hacer que su
temperatura se eleve a más de 4ºC, el agua se dilatará normalmente. Así una cierta masa de agua tendrá un volumen
mínimo a 4ºC, o sea que a esta temperatura la densidad del agua es máxima.
Por este motivo en países donde el invierno es muy riguroso, los lagos y los ríos se congelan únicamente en la
superficie, mientras que en el fondo queda agua con máxima densidad, es decir, agua a 4ºC. este hecho es
fundamental para la preservación de la fauna y la flora de dichos lugares.
DESARROLLO DE COMPETENCIAS.
1. ¿Cuál es la diferencia entre calor y temperatura? ¿De qué formas se puede transmitir el calor?
2. ¿qué es equilibrio térmico?
3. Qué es el cero absoluto?
4. A qué temperatura las escalas kelvin y Fahrenheit tiene el mismo valor numérico?
5. Consulta los coeficientes de dilatación lineal  de las siguientes sustancias: acero, aluminio, cinc, cobre, cuarzo
(fundido), latón, plomo, sílice, Tungsteno, vidrio (común), vidrio (pírex)
6. Consulte es calor específico de las siguientes sustancias: aluminio, cobre, hierro, mercurio, plata, estaño,
zinc, vidrio, latón, hielo, plomo, Tungsteno.
RESUELVE LOS SIGUIENTES PROBLEMAS
1. Ordena en forma creciente y en grados centígrados las siguientes temperaturas: 254ºF ; 860ºK ; 114ºC
2. Un alambre de cobre tiene una longitud de 200 m de longitud a la temperatura de 0ºC, determinar la longitud del
alambre a la temperatura de 200ºC
3. Calcular cuántas calorías se necesitan para cambiar la temperatura de 500 gramos de agua a 50 ºC.
4. Calcular cuántas calorías desprenden 500 gramos de agua cuando se enfría de 50ºC a 20ºC
5. Calcular la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de 10 g de cobre de 25 ºC a 125ºC.
6. ¿Qué masa de agua cede 240 calorías cuando su temperatura baja de 80ºC a 68C?
7. Se mezclan 50 Kg de agua a 40ºC con 60 Kg de agua a 10ºC. Calcular la temperatura final de la mezcla.
TALLER DE COMPETENCIAS
1. Si a usted le dicen que su temperatura es 98ºF ¿Estaría enfermo?¿Es normal este valor para la temperatura de
nuestro cuerpo?
2. Si haces la demarcación de un predio con una cinta metálica de medir con base en las medidas indicadas en un
mapa, en un día muy caliente. ¿Afectará esta situación tu medición?
3. Una esfera metálica alcanza a pasar apenas por un anillo metálico. Cuando la esfera se calienta,
su expansión térmica no le permite pasar por el anillo. ¿Qué sucedería si se calienta al anillo en vez
de la esfera? Indica si el tamaño del orificio aumenta, disminuye o permanece igual.
4. a) Explique por qué un vaso de vidrio común probablemente se romperá si se le llena parcialmente con agua
hirviente.
b) ¿Por qué si lo llenamos por completo hay menos posibilidades de que se rompa?
c) ¿Por qué no se quebraría si fuera de vidrio Pyrex?
5. Dos cuerpos A y B, con temperaturas diferentes TA TB , se ponen en contacto y aislados de influencias externas.
a) Escriba que sucede a los valores de T A y TB
b) ¿Cómo se denomina el estado hacia el cual tienden ambos cuerpos?
c) ¿Cuándo se alcanza este estado que podemos decir de los valores de TA y TB
6. Para medir la temperatura de una persona debemos mantener el termómetro en contacto con ella durante cierto
tiempo. ¿Por qué?
7. Una persona afirma que su abrigo es de buena calidad porque impide que el frío pase a través de él.
¿Está afirmación es correcta? Explique.
8. Un niño descalzo y en una habitación con suelo de cemento, coloca su pié izquierdo directamente
sobre el piso, y su pié derecho sobre un tapete que se encuentra ahí. El tapete y el suelo están a la
misma temperatura. ¿ En cuál de los dos pies tendrá el niño mayor sensación de frío? Explique.
9. Cuando estamos cerca de un horno muy caliente, la cantidad de calor que recibimos por conducción y por
convección es relativamente pequeña. Pero aun así sentimos que estamos recibiendo una gran cantidad de calor.
¿ Por qué?
10. Dos autos, uno de color negro y otro de color oscuro, permanecen estacionados al sol durante cierto tiempo.
¿Cuál crees que se calentará más? Explique
11. Mamá compró un frasco de salsa de tomate y no puede abrirlo. Johana su hija de 10º grado, toma el frasco, lo
introduce en agua caliente y logra abrirlo. Su mamá le pide una explicación; que le responde Johana?
12.
Se tienen 3 cuerpos iguales aislados del
medio ambiente, a temperatura T1, T2 y T3
tales que T1 > T3 > T2
Se ponen en contacto como muestra la
figura:
Inicialmente es correcto afirmar que:
A. 1 cede calor a 2 y 3 cede calor a 2
B. 1 cede calor a 2 y 2 cede calor a 3
C. 2 cede calor a 1 y 3 cede calor a 2
D. 2 cede calor a 1 y 2 cede calor a 3
Un termo es un recipiente que aísla
térmicamente los líquidos que contiene del
medio externo. Un termo contiene un volumen
de agua V1 a temperatura T1 y se le adiciona otro
volumen de agua V2 a temperatura T2.
Si T1  T2 y V2  V1
La temperatura final T de la mezcla satisface
que:
A. T1  T2 = T
B. T1  T  T2
C. T = T2 y T  T1
D. T1  T  T2
FASES DE LA MATERIA
Punto de fusión y punto de ebullición
Si ponemos al fuego un recipiente con agua, como el fuego está a mayor temperatura que el agua, le cede calor y la
temperatura del agua va aumentando, lo que podemos comprobar si ponemos un termómetro en el agua. Cuando el
agua llega a 100 ºC, empieza a hervir, convirtiéndose en vapor de agua, y deja de aumentar su temperatura, pese a
que el fuego sigue suministrándole calor: al pasar de agua a vapor de agua todo el calor se usa en cambiar de
líquido a gas, sin variar la temperatura.
La temperatura a la que una sustancia cambia de líquido a gas se llama punto de ebullición y es una propiedad
característica de cada sustancia, así, el punto de ebullición del agua es de 100 ºC a nivel del mar, el del alcohol de
78 ºC y el hierro hierve a 2750 ºC.
Si sacas unos cubitos de hielo del congelador y los colocas en un vaso con un termómetro verás que toman calor del
aire de la cocina y aumentan su temperatura. En un principio su temperatura estará cercana a -20 ºC (depende del
tipo de congelador) y ascenderá rápidamente hasta 0 ºC, se empezará a formar agua líquida y la temperatura que
permanecerá constante hasta que todo el hielo desaparezca.
Igual que en el punto de ebullición, se produce un cambio de estado, el agua pasa del estado sólido (hielo) al estado
líquido (agua) y todo el calor se invierte en ese cambio de estado, no variando la temperatura, que recibe el nombre
de punto de fusión. Se trata de una temperatura característica de cada sustancia: el punto de fusión del agua es
de 0 ºC, el alcohol funde a -117 ºC y el hierro a 1539 ºC.
Cambio de fase
Calor Latente de Fusión(Lf)
El cambio de fase de sólido a líquido se llama fusión y la temperatura a la cual este cambio ocurre se le llama punto
de fusión. La cantidad de calor necesario para fundir una unidad de masa de una sustancia a la temperatura de fusión
se llama calor latente de fusión.
QFu. = m Lf
Calor Latente de Vaporización.(Lv)
El cambio de fase de líquido a vapor se llama vaporización y la temperatura asociada con este cambio se llama punto
de ebullición de la sustancia. El calor latente de vaporización de una sustancia es la cantidad de calor por unidad de
masa que es necesario para cambiar la sustancia de líquido a vapor a la temperatura de ebullición.
QVap. = m Lv
Cuando cambiamos la dirección de la transferencia de calor y ahora se quita calor, el vapor regresa a su fase líquida,
a este proceso se le llama condensación, el calor de condensación es equivalente al calor de vaporización.
Así mismo cuando se sustrae calor a un líquido, volverá a su fase sólida, a este proceso se le llama congelación o
solidificación. El calor se solidificación es igual al calor de fusión, la única diferencia entre congelación y fusión
estriba en si el calor se libera o se absorbe.
Es posible que una sustancia pase de fase sólida a gaseosa sin pasar por la fase líquida; a este proceso se le llama
sublimación. La cantidad de calor absorbida por la unidad de masa al cambiar de sólido a vapor se llama calor de
sublimación.
LEYES DE LA TERMODINAMICA
Los gases
Propiedades de los gases
Los gases tienen 3 propiedades características: (1) son fáciles de comprimir, (2) se expanden hasta llenar el
contenedor, y (3) ocupan más espacio que los sólidos o líquidos que los conforman.
Teoría Cinética de los gases:
1.- Un gas está formado por partículas llamadas moléculas.
Dependiendo del gas, cada molécula está formada por un átomo o un grupo de átomos. Si el gas es un elemento o
un compuesto en su estado estable, consideramos que todas sus moléculas son idénticas.
2.- Las moléculas se encuentran animadas de movimiento aleatorio y obedecen las leyes de Newton del movimiento.
Las moléculas se mueven en todas direcciones y a velocidades diferentes. Al calcular las propiedades del movimiento
suponemos que la mecánica newtoniana se puede aplicar en el nivel microscópico. Como para todas nuestras
suposiciones, esta mantendrá o desechara, dependiendo de sí los hechos experimentales indican o no que nuestras
predicciones son correctas.
3.- El número total de moléculas es grande.
La dirección y la rapidez del movimiento de cualquiera de las moléculas pueden cambiar bruscamente en los choques
con las paredes o con otras moléculas. Cualquiera de las moléculas en particular, seguirá una trayectoria de zigzag,
debido a dichos choques. Sin embargo, como hay muchas moléculas, suponemos que el gran número de choques
resultante mantiene una distribución total de las velocidades moleculares con un movimiento promedio aleatorio.
4.- El volumen de las moléculas es una fracción despreciablemente pequeña del volumen ocupado por el gas.
Aunque hay muchas moléculas, son extremadamente pequeñas. Sabemos que el volumen ocupado por una gas se
puede cambiar en un margen muy amplio, con poca dificultad y que, cuando un gas se condensa, el volumen
ocupado por el liquida pueden ser miles de veces menor que la del gas se condensa. De aquí que nuestra suposición
sea posible.
5.- No actúan fuerzas apreciables sobre las moléculas, excepto durante los choques.
En el grado de que esto sea cierto, una molécula se moverá con velocidad uniformemente los choques. Como hemos
supuesto que las moléculas sean tan pequeñas, la distancia media entre ellas es grande en comparación con el
tamaño de una de las moléculas. De aquí que supongamos que el alcance de las fuerzas moleculares es comparable
al tamaño molecular.
6.- Los choques son elásticos y de duración despreciable.
En los choques entre las moléculas con las paredes del recipiente se conserva el ímpetu y (suponemos)la energía
cinética. Debido a que el tiempo de choque es despreciable comparado con el tiempo que transcurre entre el choque
de moléculas, la energía cinética que se convierte en energía potencial durante el choque, queda disponible de nuevo
como energía cinética, después de un tiempo tan corto, que podemos ignorar este cambio por completo.
Leyes de los gases
Ley de Boyle-Mariotte
La ley de Boyle-Marriott consiste en realizar una transformación a T=cte. de un gas ideal situado en un cilindro. La
transformación se realiza de la siguiente forma:
“Supongamos que tenemos un cilindro con unas determinadas características
de P, T y V. Sobre el émbolo del cilindro realizamos una presión, tal que
llevemos al gas a un V1 y P1, manteniéndola T=cte.. Esto lo hacemos realizando
muy lentamente la variación de P, con lo cual permitimos que el cilindro
Libere el Q que se obtuvo por dicha variación.”
Por lo tanto se cumple lo siguiente:
Generalizando para cualquier tipo de transformación: Cuando aumenta la
presión, el volumen disminuye, mientras que si la presión disminuye el volumen
aumenta.
P V = cte.
T
La grafica se llama isoterma porque la temperatura es constante
Ley de Charles
En 1787, Jack Charles estudió por primera vez la relación entre el volumen y la temperatura de una muestra de gas a
presión constante y observó que cuando se aumentaba la temperatura el volumen del gas también aumentaba y que
al enfriar el volumen disminuía.
El volumen es directamente proporcional a la temperatura del gas:
•Si la temperatura aumenta, el volumen del gas aumenta.
•Si la temperatura del gas disminuye, el volumen disminuye.
Cuando aumentamos la temperatura del gas las moléculas se mueven con más rapidez y tardan menos tiempo en
alcanzar las paredes del recipiente. Esto quiere decir que el número de choques por unidad de tiempo será mayor. Es
decir se producirá un aumento (por un instante) de la presión en el interior del recipiente y aumentará el volumen (el
émbolo se desplazará hacia arriba hasta que la presión se iguale con la exterior).Lo que Charles descubrió es que si
la cantidad de gas y la presión permanecen constantes, el cociente entre el volumen y la temperatura siempre tiene el
mismo valor.
Matemáticamente podemos expresarlo así:
(el cociente entre el volumen y la temperatura es constante)
Supongamos que tenemos un cierto volumen de gas V1 que se encuentra a una temperatura T 1 al comienzo del
experimento. Si variamos el volumen de gas hasta un nuevo valor V2, entonces la temperatura cambiará a T2, y se
cumplirá:
que es otra manera de expresar la ley de Charles.
Ley de Gay-Lussac
El químico francés Joseph Gay-Lussac estableció la relación entre la presión y la temperatura de un gas cuando su
volumen permanece constante. Demostró que cuando el volumen es constante, la presión P de un gas varía en forma
directa con la temperatura absoluta del mismo: “ A volumen constante, la presión P de u gas varía
proporcionalmente con la Temperatura T, medida en la escala Kelvin.”
P1
T1
=
P2
T2
Las leyes de Boyle –Mariotte, Charles y Gay-Lussac pueden combinarse en un resultado que enunciamos como:
Para la masa de cualquier gas, el producto de la presión por el volumen es directamente proporcional a la
temperatura del gas, medida en la escala Kelvin.
P1V1 = P2V2
T1
T2
La primera ley de la termodinámica.
La primera ley de la termodinámica o Primer Principio de la termodinámica es una aplicación de la ley universal
de conservación de la energía a la termodinámica y, a su vez, identifica el calor como una transferencia de energía.
Uno de los enunciados de la primera ley de la termodinámica es el siguiente:
El incremento de la energía interna de un sistema termodinámico es igual a la diferencia entre la cantidad de calor
transferida a un sistema y el trabajo realizado por el sistema a sus alrededores.
En su forma matemática más sencilla se puede escribir:
donde ΔU es el incremento de energía interna del sistema, Q es el calor cedido al sistema, y W es el trabajo cedido
por el sistema a sus alrededores. El W= P(Vf – Vi )
W = área bajo la gráfica
DESARROLLO DE COMPETENCIAS.
1. Elabora un diagrama donde se represente los diferentes cambios de estado de la materia explicados en la guía.
2. Consulta y elabora un resumen sobre los diferentes, Procesos termodinámicos con sus gráficas: (cíclico,
adiabático, isócoro, isobárico, isotérmico)
3. Qué son gases reales?
4. Qué se entiende por gas ideal?
5. En qué condiciones los gases reales se comportan como un gas ideal?
6. Elabora un mapa conceptual sobre la teoría cinética de los gases.
7. Define y escribe la ecuación de las leyes de Boyle-Mariotte, Charles y Gay-Lussac
8. Que enuncia la primera ley de la termodinámica?
9. Qué son Máquinas térmicas y refrigerantes.
10. Qué significa el término Entropía.
RESUELVE LOS SIGUIENTES PROBLEMAS
1. Determinar el calor que hay que suministrar para convertir 1g de hielo a -20 ºC en vapor a 110ºC.
2. ¿Qué cantidad de calor se debe suministrar a 200g de alcohol etílico para convertirlo en vapor? L v = 204 cal/g
3. ¿Qué cantidad de calor se desprende cuando 120 g de vapor de agua a 150ºC se enfrían y congelan produciendo
120 g de hielo a 0º C?
Lf = 79,7 cal/g
4. ¿Cuánto calor se debe suministrar a 280 g de hielo a –8 ºC para convertirlo en vapor de agua a 108ºC Lv = 539
cal/g
5. Un gas ocupa un volumen de 10 litros cuando se encuentra a una presión de 1 atmósfera. Si se mantiene la
temperatura constante y se aumenta la presión a 2 atmósferas, ¿Cuál es el volumen que ocupa ahora el gas?
6. Un sistema se lleva del estado i al estado f siguiendo las trayectorias iaf e ibf, tal como se muestra en la figura.
P
a
f
i
b
V
1. Indica que tipo de proceso ia y bf
2. Indica que tipo de proceso son af e ib
3. Si por cualquiera de las dos trayectorias el sistema varía, su energía interna es 86 cal, y el calor absorbido
por la trayectoria iab es 108 cal. ¿Qué trabajo realiza el sistema por esta trayectoria?
4. ¿Qué cantidad de calor debe absorber por la trayectoria ibf para realizar un trabajo de 16 cal?
5. En cierto proceso se suministra a un sistema 500 cal y al mismo tiempo se realiza sobre el sistema un trabajo
de 120 J ¿En cuánto se incrementa su energía interna?
6. Un litro de agua hierve isobáricamente a 100ºC y a la presión de una atmósfera convirtiéndose en 1594 litros
de vapor. Calcular: a) Trabajo realizado por el sistema b) Calor absorbido por el sistema c) Variación de la
energía interna.
TALLER DE COMPETENCIAS
1. Un gas ocupa un volumen de 8 litros a 50ºC. Si el
volumen del gas se aumenta en una cuarta parte a
presión constante, hallar la temperatura final y la
variación de la temperatura del gas.
5. La figura muestra los cambios de temperatura
cuando se agrega energía térmica a una masa de
(m) gramos de agua a - N ºC
2. Un gas se somete a las transformaciones a, b, c, d
representadas en la figura:
Explica que sucede en cada intervalo A-B, B-C,
C-D, D-E
6. Se somete un gas ideal al proceso cíclico 1-2-31 esquematizado en la figura V contra T, donde V
es el volumen y T la temperatura
a. Identifica el proceso entre a y b; entre b y c; entre c y
d y entre d y a.
b. En cuales procesos el trabajo es igual a cero?
c. Cuál es el valor de las variables P,V,T en el punto b?
d. Cuál es el valor de las variables P,V,T en el punto c?
e. Cuál es el valor de las variables P,V,T en el punto d?
f. ¿Cuál es el trabajo neto realizado por el gas en todo
el ciclo?
4. Un gas ideal se somete al siguiente proceso:
Inicialmente tiene un volumen de 2 litros y una presión
de 2 atmósferas; se incrementa su volumen a presión
constante hasta alcanzar 8 litros; luego se aumenta la
presión hasta un valor de 6 atmosferas a volumen
constante; después, se disminuye su volumen hasta 2
litros a presión constante y, finalmente, se reduce la
presión hasta el valor original.
a. Realizar la gráfica de la presión en función del
volumen para este proceso.
Determinar el trabajo neto en el proceso
El mismo proceso esquematizado en la figura
Presión contra Volumen es:
AHORA A PREPARARNOS PARA EL ICFES
Conteste las preguntas 1 y 2 con respecto a la información:
Se tienen dos muestras de dióxido de carbono CO2 a las mismas condiciones de
volumen Vi= 0.5m3, presión Pi= 1000Pa y temperatura Ti = 305K. Bajo estas
condiciones es posible considerar el CO2 como un gas ideal. Sobre una de las
muestras se realiza un proceso isotérmico desde el estado inicial A hasta el estado
final B y sobre la otra se realiza un proceso adiabático desde el estado inicial A
hasta el estado final C, como se indica en la gráfica P contra V.
1. Teniendo en cuenta que W representa el trabajo hecho por el CO 2 y Q el calor
absorbido por el CO2, se puede afirmar que
A. W A-B < W A-C
B. QAC = QAB
C. W A--B > W A—C
D. QAC > QAB
2. La gráfica P contra T de los procesos AB y AC de las respectivas muestras es
3. Un pistón encierra cierta cantidad de un gas ideal como muestra la figura. La siguiente es la gráfica de la presión
(P) contra volumen (V), que se obtiene al someter el sistema a un ciclo termodinámico.
P
Pf
Po
3
1
2
Vo
V
Vf
Si las presiones y los volúmenes en los puntos 1 y 3 son conocidos y la temperatura del punto 1 es T o , la
temperatura en el punto 3 es:
A. VF To
Vo
B. Vf Pf To
VoPo
C. Vo Pf To
Vf Po
D. Pf To
Po
Responde las preguntas 4 y 5 de acuerdo con la gráfica.
T°C
4. La gráfica representa el aumento de la temperatura de dos
cuerpos A y B de masa 80 g en función del calor que recibe:
El cuerpo que se calienta más lentamente es.
A. El cuerpo A
B. El cuerpo B
C. Ambos se calientan lentamente C. No se produce calentamiento
A
B
Q(Kcal)
1
2
3
4
5
5. Es correcto afirmar que:
A. El calor específico del cuerpo A es 0,25 cal/g°C
B. El calor específico del cuerpo B es 0,25 cal/g°C
C. El calor específico es el mismo en los dos cuerpos.
D. El calor específico no se puede calcular.
TEMA 2: TEMPERATURA Y CALOR.
1. ¿Tienen todas las moléculas o átomos de un líquido la misma rapidez, o se mueven con
rapideces muy distintas?
2. ¿Qué es la evaporación y por qué es también un proceso de enfriamiento?
3. ¿Qué es la condensación y por qué es también un proceso de calentamiento?
4. ¿Por qué causa más daño una quemadura con vapor de agua que una quemadura con agua
hirviente a la misma temperatura?
5. ¿Qué contiene normalmente más vapor de agua: el aire caliente o el aire frío?
6. ¿Por qué sientes menos frío cuando te secas dentro del cubículo de la regadera después de
bañarte?
7. ¿Cuál es la diferencia entre evaporación y ebullición?
8. Por qué depende de la presión atmosférica la temperatura a la cual hierve un líquido?
9. ¿Por qué es más útil una olla de presión para cocinar alimentos en la montaña que a nivel del
mar?
10. ¿Cuántas calorías se necesitan para elevar la temperatura de 1 gramo de agua en 1 ºC?
11. En un refrigerador, ¿se enfrían los alimentos cuando un vapor se convierte en líquido o
cuando ocurre lo contrario?
12. ¿Cómo se mide la temperatura comúnmente?
13. ¿Cuántos grados hay entre el punto de fusión del hielo y el punto de ebullición del agua en la
escala Celsius? ¿Y en la escala Fahrenheit?
14. ¿Qué es equilibrio térmico?
15. ¿Qué es energía interna?
16. En términos de diferencias de temperatura entre objetos que están en contacto térmico, ¿En
qué sentido fluye el calor?
17. ¿Cómo es la capacidad calorífica específica de las sustancias que se calientan rápidamente:
grande o pequeña?
18. ¿Cómo es la capacidad calorífica específica del agua en comparación con la de otras
sustancias comunes?
19. ¿Qué se expande más cuando aumenta la temperatura: los sólidos, los líquidos o los gases?
20. ¿A qué temperatura alcanza el agua su máxima densidad?
HAGAMOS FÍSICA
Ind. logro: comprende las bases microscópicas para los cambios de estado.
Observación de la convección
Calienta un vaso de precipitados lleno de agua hasta que comience a hervir y deposita en el agua
una pequeña cantidad de un tinte oscuro o un colorante para alimentos.
Verás que se dispersa rápidamente. Observa con cuidado el flujo del colorante. ¿Puedes ver que
sigue el flujo convectivo? Enciende un fósforo y luego apágalo. Sostén el fósforo sin moverlo y
observa el rastro del humo. ¿En qué dirección se desplaza el humo? ¿Es el rastro del humo un
ejemplo de convección? Explica tu respuesta. ¿En qué otros lugares puedes observar trayectorias
de convección? ¿Qué tal en el aire que está encima de una estufa caliente?
La mano fría
Sopla sobre tu mano con la boca abierta. Advierte que tu aliento está frío. Ahora frunce los labios
para que la abertura de tu boca sea pequeña y sopla otra vez sobre tu mano. ¿Se siente igual la
temperatura del aire en tu mano? ¿En qué caso se expande más el aliento que exhalas: cuando
soplas con la boca abierta o cuando lo haces con los labios fruncidos? ¿En qué caso sentiste más
frío el aire en tu mano? ¿Por qué?
Pregunta
Puedes conservar los dedos cerca de la flama de una vela sin quemarte, pero no encima de la
vela. ¿Por qué?
DRIP, DRIP, DRIP
Mida cantidades de agua muy caliente y muy fría en dos recipientes transparentes. Prediga qué
sucederá si simultáneamente usted echa una gota de colorante de comida en cada recipiente.
Hágalo. ¿Qué sucedió? ¿Por qué? Fue simétrica la mezcla?