Física 4° ab Tema 2: calor

Escuela secundaria n° 7 “Héroes de Malvinas”
Física 4° ab
Tema 2: calor
Profesor Boffelli Mariel
Alumno: ………………………..
CALOR Y ENERGÍA
La escalofriante temperatura del Universo
En el momento de su nacimiento, nuestro Universo era un lugar terroríficamente caliente, tan caliente que la
materia ni siquiera podía formarse. Pero con el correr del tiempo – muchísimo tiempo-, se fue enfriando cada vez
más. Y hoy en día es tan frío que cuesta creerlo.
Nuestro Universo nació entre 12.000 y 20.000 millones de años atrás con el Big Bang, una gran explosión que
dio origen a todo lo que hoy existe y, a partir de la cual, el Universo empezó a expandirse. La temperatura del
estallido era tan alta, que la materia no podía existir. Cuando el Universo tenía un millonésimo de segundo, su
temperatura era de unos inimaginables 10.000 millones de millones de grados. A los dos segundos, había bajado a
10.000 millones y, al minuto, ya estaba en sólo un millón de grados: ahora podían formarse algunos núcleos
atómicos.
A medida que el Universo crecía, también se enfriaba pero el descenso de la temperatura se fue haciendo
cada vez más lento. Cuando había pasado un millón de años, el Universo ya tenía un tamaño respetable, y su materia
recién comenzaba a organizarse formando átomos. Ni hablar todavía de estrellas o de planetas. Y claro, se había
enfriado mucho: se encontraba a unos 3.000 grados.
Actualmente, la expansión continúa y el Universo ya no es el mismo: existen galaxias, estrellas, planetas… y
nosotros.
Mientras el Universo crecía sin cesar, su temperatura no dejó de descender. ¿Y cuál será hoy, 15.000 millones
de años después de la Gran Expansión, la temperatura del Universo?
La verdad es que hoy reina en el espacio un fría pavoroso e inimaginable. La verdadera temperatura del
Universo se descubrió hace no mucho tiempo: en 1965, en Nueva Jersey, Estados Unidos, los científicos
norteamericanos Arno Penzias y Robert Wilson estaban instalando una enorme antena de 15 metros de diámetro de
la compañía telefónica Bell. Pero, al cabo de unos instantes, notaron que la antena captaba una molesta
interferencia. Lo primero que se les ocurrió fue ajustarla y revisar todos los cables y las conexiones. Pero la
interferencia continuaba. Y lo más extraño es que provenía de todas partes del cielo: apuntaran donde apuntaran la
antena, era exactamente lo mismo. Poco tiempo más tarde, el enigma de la extraña interferencia fue resuelto.
Penzias y Wilson acababan de realizar un descubrimiento espectacular: la radiación de fondo, que no es, ni más ni
menos, que el “eco” de la Gran Explosión.
Y resulta que esa radiación de fondo, “eco” de la Gran Explosión y de sus enormes temperaturas iniciales,
tiene ahora una temperatura de sólo tres grados sobre el cero absoluto, que es de 273 grados bajo cero.
Es decir que si expusiéramos un termómetro a esa radiación, marcaría exactamente 270 grados bajo cero. Y
como el Universo es un inmenso vacío, apenas ocupado por la radiación de fondo, resulta que esa es la escalofriante
temperatura del Universo.
Leonardo Molevo
CALOR
El calor es una forma de energía: energía calórica que puede obtenerse a partir de transformaciones de otras
energías como la química (leña, combustibles), la eléctrica (resistencias), la cinética (fricción), la energía nuclear,
A nivel molecular el calor se manifiesta como energía cinética en las moléculas, a mayor energía cinética se
produce mayor fricción entre moléculas y así aumenta la cantidad de calor.
Las reacciones químicas y los cambios físicos ocurren tanto con una liberación de calor (procesos exotérmicos) o
con una absorción de calor (procesos endotérmicos). La cantidad de calor (Q) es proporcional a la masa (m) del
cuerpo, al tipo de sustancia (Ce: calor específico) y a la variación de temperatura (t).
La relación de masa, calor específico, cambio de temperatura y cantidad de calor que gana o pierde un sistema se
expresa de la siguiente manera:
Q = m . Ce. t
Q = cantidad de calor; m = masa; Ce = calor específico y t = variación de la temperatura
La unidad de calor es la caloría se definió originalmente como la cantidad de calor necesaria para elevar la
temperatura de 1 gramo de agua a una presión de 1 atmósfera de 14,5°C a 15,5°C. En la actualidad se define como:
1 caloría = 4,184 joule.
Otros conceptos relacionados con el calor son:

El calor específico (Ce) es un valor constante para cada sustancia e indica cuánto calor se necesita para
incrementar en 1 °C la temperatura de 1 g de sustancia. Su unidad es cal / g.°C
El calor específico es una propiedad física, por lo tanto difiere para las fases sólida, líquida y gaseosa de la sustancia.
AGUA 1,00

TABLA DE CALOR ESPECÍFICO ( cal / g. ° C = Kcal / kg . ° C )
PLOMO 0,0309 HIERRO 0,1138 COBRE 0,0904
VIDRIO 1,976
ORO 0,0324
La capacidad calorífica de un cuerpo es la cantidad de calor necesaria para elevar su temperatura 1°C. Esta
es igual al producto de su masa, en gramos, por su calor específico.
EQUILIBRIO TÉRMICO
El calor es energía que se transfiere de un cuerpo con mayor cantidad de calor a otro que posee menor cantidad de
calor. Este proceso se mantiene hasta que ambos cuerpos alcanzan la misma temperatura.
T1 > T2
T1
T2
T1
Q
T2
T
T
Efectos del calor 1: Variación de la temperatura
El calor es una forma de manifestación de la energía que se relaciona con el estado de agitación molecular
de una sustancia. El grado de concentración de dicha energía es la temperatura y es lo que produce las sensaciones
de “caliente” o “frío” percibidas mediante el sentido del tacto. Se puede decir, que cuando un cuerpo incorpora
calor, aumenta su temperatura, y baja cuando se le extrae calor.
El calor modifica algunas propiedades de los cuerpos. Por ello mediante la observación y medición de las variaciones
producidas por la acción del calor sobre alguna característica física de una sustancia, es posible establecer una escala
de temperatura mediante la comparación de ciertos valores para dos estados distintos.
El termómetro es un instrumento para medir la temperatura de un cuerpo que se basa en esta propiedad.
Colocando un líquido (mercurio o alcohol) dentro de un tubo de vidrio, se puede medir el aumento de longitud de la
columna para dos estados determinados previamente, estableciendo luego una escala entre los dos puntos
adoptados como extremos.
En la Escala Celsius, los extremos están dados por el paso del agua del estado sólido al líquido (fusión) y por la ebullición o paso al
estado gaseoso y se divide en 100 espacios, por lo que se denomina Escala Centígrada: a cada división corresponde 1 ° C.
En la Escala Reaumur, los límites adoptados son los mismos que en la Celsius, sólo que la misma se divide en 80 grados.
En la Escala Fahrenheit el origen es la temperatura de la mezcla de sales y hielo, la menor que se podía lograr en el laboratorio en
el año 1714. El punto de fusión del hielo y el de ebullición del agua, corresponden a 32 ° F y 212 ° F respectivamente.
Finalmente, la Escala Kelvin tiene su origen en el cero absoluto ( 0 ° K ), equivalente a – 273 ° C, temperatura que corresponde a
un estado teórico de inmovilidad molecular.
Conversión de temperaturas:
°𝐶
100
=
°𝑅
80
=
°𝐹−32
180
°C = °K – 273
Efectos del calor 2 DILATACIÓN
En sólidos
Dilatación es la variación en las dimensiones de un cuerpo a causa del calor, que además depende de cada
sustancia (coeficiente de dilatación, ) y de la variación de la temperatura. Se clasifica en:
DILATACIÓN LINEAL
DILATACIÓN SUPERFICIAL
Varía la longitud del cuerpo
Lf = Li .( 1 +  . t )
Varía la superficie del cuerpo
Sf = Si .( 1 + 2. . t )
Lf: longitud final
Li: longitud inicial
: coeficiente de dilatación
t : variación de la temperatura
DILATACIÓN CÚBICA o VOLUMÉTRICA
Varía el volumen, se produce en las tres
dimensiones.
Vf = Vi .( 1 + 3. . t )
Vf: volumen final
Vi: volumen inicial
: coeficiente de dilatación
t : variación de la temperatura
Sf: superficie final
Si: superficie inicial
: coeficiente de dilatación
t : variación de la temperatura
Ej. chapas de techos, calles,
Ej. cables, rieles de ferrocarril
Ej. globos, neumáticos, tanques
veredas,…
Los líquidos dilatan más que los sólidos. Los gases son muy dilatables.
Dilatación en fluidos
Ley de BOyle-Mariotte: “Si se mantiene constante la temperatura de un gas, el volumen del mismo está relacionado
inversamente a su presión.”
V . P = V’ . P’
Ley de Gay-Lussac: “SI se mantiene constante la presión de un gas, su volumen varía en forma proporcional a las
variaciones de su temperatura absoluta.”
V . T’ = V’. T
Además, en un recipiente cerrado que contiene un gas, la presión aumenta al aumentar la temperatura, según la
siguiente fórmula:
Pf = Pi .( 1 +  . t )
Pf: presión final – Pi: presión inicial – : coeficiente de dilatación - t : variación de la temperatura
El calor específico de los gases adquiere distintos valores:
SUSTANCIA
Aire
Amoníaco
CO2
Metano
A presión constante
Cal/kg
0,24
0,28
0,53
0,37
0,19
0,38
0,59
0,30
SUSTANCIA
Nitrógeno
Oxígeno
Vapor agua
A presión constante
Cal/kg
Cal/m3
0,25
0,20
0,21
0,29
0,50
0,37
Efectos del calor 3 CAMBIOS DE ESTADO
La mayor parte de los cuerpos puede Solidificación
presentarse sucesivamente en los tres estados:
sólido, líquido y gaseoso, dependiendo de la
temperatura y presión a la que se encuentra.
SOLIDO
También se considera un cuarto estado: plasma.
Los cambios de estado se producen al variar
estos factores, que influyen directamente sobre
la energía cinética de las moléculas que
componen el cuerpo.
T (0C)
LÍQUIDO
Fusión
Vaporización
Condensación
Sublimación
GAS
Sublimación
regresiva
Ebullición
Leyes de los cambios de estado
1-
Cada sustancia tiene su propio punto de fusión/ebullición, o sea una
temperatura específica para que suceda el cambio de estado.
Fusión
0
2-
Durante el cambio de estado la temperatura permanece constante.
3-
El calor absorbido por el cuerpo se llama calor latente de fusión o ebullición.
Fusión: Paso de un cuerpo sólido al estado líquido, por aumento de la temperatura o disminución de la presión. No
todas las sustancias funden, algunos como los orgánicos se descomponen. Si se aprietan fuertemente dos pedazos
de hielo, se sueldan. Este fenómeno se llama rehielo y se debe a que la presión baja el punto de fusión.
Solidificación: Es el paso del estado líquido al sólido por disminución de la temperatura o aumento de la presión. Los
cuerpos disminuyen el volumen al solidificarse; por consiguiente su densidad aumenta, excepto en el agua, que
aumenta de volumen al solidificarse. A los 4 °C ocupa su mínimo volumen. Esta característica explica la ruptura de
botellas tapadas y cañerías, resquebrajamiento de piedras, etc. en noches invernales con temperaturas bajo cero.
Vaporización: Es el paso del estado líquido al estado gaseoso por aumento de temperatura o disminución de la
presión. El fenómeno puede producirse de diferentes maneras: Un líquido en el vacío, se vaporiza
instantáneamente; un líquido a temperatura ambiente, evapora, capa por capa se desprenden sus moléculas o un
líquido entre en ebullición cuando alcanza el punto de ebullición correspondiente. Es un proceso rápido.
Evaporación
Producción lenta de vapor en la superficie libre de un
líquido, a cualquier temperatura. La cantidad de líquido
evaporado es proporcional a la superficie libre e
inversamente proporcional a la presión atmosférica.
La evaporación produce frío, pues toma calor de los
cuerpos que lo rodean.
Ej. evapora el agua de la ropa al secarse.
Ebullición
Transformación rápida de un líquido en vapor, bajo la
forma de burbujas que agitan toda la masa líquida.
Cada líquido tiene una temperatura fija a la que ebulle,
denominada punto de ebullición, por ejemplo:
Agua 100 °C
Alcohol 78°C
Mercurio 380°C
Lectura
ENERGÍA Y TRABAJO
La energía del mar
A medida que la población del planeta aumenta, también aumentan las necesidades de energía eléctrica: hay
que iluminar más hogares y hacer funcionar más aparatos. Y ni hablar del enorme consumo de las industrias
modernas, que “devoran” electricidad sin parar. La mayor parte de la electricidad proviene de centrales térmicas, que
la producen a partir del petróleo y del carbón, o de centrales atómicas, que usan uranio. Pero esos recursos naturales
no son eternos: el petróleo, el carbón y el uranio empezarán a escasear en algún momento.
Hay que pensar en nuevas alternativas. Y una de las mejores es el aprovechamiento de las fuerzas del agua.
Las centrales hidroeléctricas son una variante muy conocida: lugares donde el agua de los ríos se acumula en
enormes presas, y se la hace caer hacia turbinas, que giran produciendo electricidad. Pero también están las mucho
menos conocidas centrales mareomotrices, que trabajan con la fuerza del mar. O, mejor dicho, de las mareas y de las
olas.
Los pioneros en la explotación moderna de la energía del mar fueron los habitantes de Husum, una pequeña
isla alemana en el Mar del Norte. Durante la Primera Guerra Mundial un grupo de voluntariosos pobladores de
Husum construyó un pequeño generador de electricidad, cuya turbina era accionada por las mareas (las continuas
subidas y bajadas en el nivel del mar). La electricidad producida no era mucha, pero alcanzaba para abastecer a
todas las casas de la isla.
Sin embargo, la primera central mareomotriz realmente importante apareció recién en 1967, en Francia: este
complejo sistema utilizaba 24 turbinas y producía generosas dosis de electricidad. Al año siguiente, en Rusia, se
construyó otra, en las costas del Mar de Barens, pero era mucho más chica. La central de Kaimei, en la costa de
Japón, se inauguró en 1979. Y cinco años más tarde, en la bahía de Fundy, Canadá, se instaló otra con un sistema de
turbinas más moderno que producía más energía. Eran las primeras, pero durante los últimos años, se les han
sumado muchas más en distintas partes del mundo.
Es más, hoy en día, numerosos países están planificando nuevas y más grandes centrales mareomotrices. Y
uno de los proyectos más espectaculares se encuentra en pleno desarrollo en Inglaterra: la idea es construir, frente al
mar, un enorme dique de 16 kilómetros de largo con 192 turbinas de última generación, capaces de aprovechar la
fuerza de las olas y de las mareas.
Los expertos estiman que estas centrales podrían generar el 25 % de la energía eléctrica que hoy se consume
en el planeta. Basta un ejemplo para entender el potencial de esta fuente natural de energía: una ola de 5 metros de
altura sería capaz de empujar un bloque de piedra de 10 toneladas. Es un tremendo impulso que puede convertirse
en electricidad. Pero claro, las centrales mareomotrices no pueden instalarse en cualquier parte del mundo, porque
para que realmente funcionen a toda máquina son necesarias olas enormes, de por lo menos 3 metros, y grandes
diferencias de altura en el nivel del agua durante la subida y la bajada de las mareas.
¿Cómo funcionan estas centrales? Hay muchas variantes, pero casi todas recurren al mismo principio: el agua
entra en un gran tanque hueco y comprime el aire o el líquido que hay en su interior. Entonces, ese aire o líquido
comprimido se dirige a una turbina y la hace girar a toda velocidad, generando electricidad.
Igual que la energía solar y al energía eólica, la energía del mar es una excelente alternativa a las variantes
tradicionales, sus ventajas son que no contamina el medio ambiente y es prácticamente inagotable: mientras existan
los mareas y los océanos, el enérgico ritmo de las olas y de las mareas nunca se detendrá.
Leonardo Molevo
TRANSFERENCIA DEL CALOR
La transferencia de calor es un proceso físico por el que se intercambia energía en forma de calor entre distintos
cuerpos, o entre diferentes partes de un mismo cuerpo que están a distinta temperatura.
El calor se transfiere mediante tres procesos distintos: convección, radiación o conducción. Aunque estos procesos
pueden tener lugar simultáneamente, puede ocurrir que uno de los mecanismos predomine sobre los otros dos.
Por ejemplo, el calor del Sol llega a una casa por radiación, se
transmite a través de la pared fundamentalmente por conducción y dentro
del ambiente circula por convección.
Otro ejemplo es el agua de una cacerola situada sobre un quemador
de gas. Del quemador a la cacerola pasa el calor por radiación, entre la
cacerola y el agua se produce conducción y dentro del agua ocurre
exclusivamente la conexión.
CONVECCIÓN
Si existe una diferencia de temperatura en el interior de un líquido o un gas, es casi seguro que se
producirá un movimiento del fluido. Este movimiento transfiere calor de una parte del fluido a otra por
un proceso llamado convección.
El movimiento del fluido puede ser natural o forzado. Si se calienta un líquido o un gas, su
densidad (masa por unidad de volumen) suele disminuir. Si el líquido o gas se encuentra en el campo gravitatorio, el
fluido más caliente y menos denso asciende, mientras que el fluido más frío y más denso
desciende. Este tipo de movimiento, debido exclusivamente a la no uniformidad de la
temperatura del fluido, se denomina convección natural. La convección forzada se logra
sometiendo el fluido a un gradiente de presiones, con lo que se fuerza su movimiento de
acuerdo a las leyes de la mecánica de fluidos.
Supongamos, por ejemplo, que calentamos desde abajo una olla llena de agua. El líquido más próximo al
fondo se calienta por el calor que se ha transmitido por conducción a través de la olla. Al expandirse, su densidad
disminuye y como resultado de ello el agua caliente asciende y parte del fluido más frío baja hacia el fondo, con lo
que se inicia un movimiento de circulación. El líquido más frío vuelve a calentarse por conducción, mientras que el
líquido más caliente situado arriba pierde parte de su calor por radiación y lo cede al aire situado por encima.
De forma similar, en una cámara vertical llena de gas, como la cámara de aire situada entre los dos paneles
de una ventana con doble vidrio, el aire situado junto al panel exterior —que está más frío— desciende, mientras
que al aire cercano al panel interior —más caliente— asciende, lo que produce un movimiento de circulación.
El calentamiento de una habitación mediante un radiador no depende tanto de la radiación como de las
corrientes naturales de convección, que hacen que el aire caliente suba hacia el techo y el aire frío del resto de la
habitación se dirija hacia el radiador. Debido a que el aire caliente tiende a subir y el aire frío a bajar, los radiadores
deben colocarse cerca del suelo (y los aparatos de aire acondicionado cerca del techo) para que la eficiencia sea
máxima. De la misma forma, la convección natural es responsable de la ascensión del agua caliente y el vapor en las
calderas de convección natural, y del tiro de las chimeneas.
La convección también determina el movimiento de las grandes masas de aire sobre la superficie terrestre,
la acción de los vientos, la formación de nubes, las corrientes oceánicas y la transferencia de calor desde el interior
del Sol hasta su superficie.
CONDUCCIÓN
Si se calienta un extremo de una varilla metálica, de forma que aumente su temperatura, el calor se
transmite hasta el extremo más frío por conducción. No se comprende en su totalidad el mecanismo exacto de la
conducción de calor en los sólidos, pero se cree que se debe, en parte, al movimiento de los electrones libres que
transportan energía cuando existe una diferencia de temperatura. Esta teoría explica por qué los buenos
conductores eléctricos también tienden a ser buenos conductores del calor.
El factor de proporcionalidad se denomina conductividad térmica del material. Los materiales como el oro,
la plata o el cobre tienen conductividades térmicas elevadas y conducen bien el calor, mientras que materiales como
el vidrio o el amianto tienen conductividades cientos e incluso miles de veces menores; conducen muy mal el calor,
y se conocen como aislantes. En ingeniería resulta necesario conocer la velocidad de conducción del calor a través
de un sólido en el que existe una diferencia de temperatura conocida. Para averiguarlo se requieren técnicas
matemáticas muy complejas, sobre todo si el proceso varía con el tiempo; en este caso, se habla de conducción
térmica transitoria.
RADIACIÓN
La radiación presenta una diferencia fundamental respecto a la conducción y la convección: las sustancias
que intercambian calor no tienen que estar en contacto, sino que pueden estar separadas por un vacío. La radiación
es un término que se aplica genéricamente a toda clase de fenómenos relacionados con ondas electromagnéticas.
Cuanto mayor es la temperatura, mayor es la cantidad de energía emitida. Además de emitir radiación,
todas las sustancias son capaces de absorberla. Por eso, aunque un cubito de hielo emite energía radiante de forma
continua, se funde si se ilumina con una lámpara incandescente porque absorbe una cantidad de calor mayor de la
que emite.
Las superficies opacas pueden absorber o reflejar la radiación incidente. Generalmente, las superficies
mates y rugosas absorben más calor que las superficies brillantes y pulidas, y las superficies brillantes reflejan más
energía radiante que las superficies mates. Además, las sustancias que absorben mucha radiación también son
buenos emisores; las que reflejan mucha radiación y absorben poco son malos emisores. Por eso, los utensilios de
cocina suelen tener fondos mates para una buena absorción y paredes pulidas para una emisión mínima, con lo que
maximizan la transferencia total de calor al contenido de la cazuela.
Algunas sustancias, entre ellas muchos gases y el vidrio, son capaces de transmitir grandes cantidades de
radiación. Se observa experimentalmente que las propiedades de absorción, reflexión y transmisión de una
sustancia dependen de la longitud de onda de la radiación incidente. El vidrio, por ejemplo, transmite grandes
cantidades de radiación ultravioleta, de baja longitud de onda, pero es un mal transmisor de los rayos infrarrojos, de
alta longitud de onda. Una consecuencia de la distribución de Planck es que la longitud de onda a la que un cuerpo
emite la cantidad máxima de energía radiante disminuye con la temperatura. La ley de desplazamiento de Wien,
llamada así en honor al físico alemán Wilhelm Wien, es una expresión matemática de esta observación, y afirma que
la longitud de onda que corresponde a la máxima energía, multiplicada por la temperatura absoluta del cuerpo, es
igual a una constante, 2.878 micrómetros-Kelvin. Este hecho, junto con las propiedades de transmisión del vidrio
antes mencionadas, explica el calentamiento de los invernaderos. La energía radiante del Sol, máxima en las
longitudes de onda visibles, se transmite a través del vidrio y entra en el invernadero. En cambio, la energía emitida
por los cuerpos del interior del invernadero, predominantemente de longitudes de onda mayores, correspondientes
al infrarrojo, no se transmiten al exterior a través del vidrio. Así, aunque la temperatura del aire en el exterior del
invernadero sea baja, la temperatura que hay dentro es mucho más alta porque se produce una considerable
transferencia de calor neta hacia su interior. (Efecto invernadero).
Además de los procesos de transmisión de calor que aumentan o disminuyen las temperaturas de los
cuerpos afectados, la transmisión de calor también puede producir cambios de fase, como la fusión del hielo o la
ebullición del agua. En ingeniería, los procesos de transferencia de calor suelen diseñarse de forma que aprovechen
estos fenómenos. Por ejemplo, las cápsulas espaciales que regresan a la atmósfera de la Tierra a velocidades muy
altas están dotadas de un escudo térmico que se funde de forma controlada en
un proceso llamado ablación para impedir un sobrecalentamiento del interior
de la cápsula. La mayoría del calor producido por el rozamiento con la
atmósfera se emplea en fundir el escudo térmico y no en aumentar la
temperatura de la cápsula.
Esta imagen de colores falsos muestra el calor que se escapa de una
vivienda en forma de rayos infrarrojos. Las zonas negras son las que menos
calor irradian, mientras que las blancas (que coinciden con las ventanas) son las
que más calor pierden
LEYES TERMODINÁMICA.
1° Ley o Principio
Q=U+T
El calor de un sistema es igual a su variación de energía interna más el trabajo realizado. Cuando entregamos trabajo
a un sistema (agitándolo), se incrementa su energía interna, o sea el trabajo se transforma en energía cinética. Al
haber mayor movimiento de las moléculas, hay mayor rozamiento entre éstas y aumenta la cantidad de calor del
sistema.
2° Ley o Principio
El calor fluye de una fuente caliente a otra fría hasta alcanzar el equilibrio térmico, y puede transformarse en trabajo
mecánico (ejemplo una máquina de vapor). Pero no puede aprovecharse por completo.
Todo trabajo puede ser transformado en calor, pero no todo el calor puede
Foco caliente a la
transformarse en trabajo.
temperatura TC
MÁQUINAS TÉRMICAS
El calor se relaciona con la energía de las moléculas en movimiento, o
energía cinética. Por ello también está relacionado con el trabajo, ya que a partir
de calor se pude producir trabajo, como en los motores, por ejemplo., en los
frenos de un auto, el frotamiento de un fósforo al encenderlo, una cuerda que
resbala en la mano.
Se denominan máquinas térmicas a aquellas que a partir de calor producen
trabajo: son el motor a vapor, de explosión, etc.
Q1
W
Q2
Foco frío a la
temperatura TF
Trabajo
En el estado inicial el cuerpo tiene energía cinética, pero debido a la acción de la fuerza de rozamiento irá
perdiendo esa energía que será transferida al ambiente como calor. Cuando se detenga, el cuerpo tendrá una
energía cinética nula, ya que la que tenía inicialmente se habrá convertido íntegramente en calor. Como puede
observarse no existe ninguna restricción para convertir la energía cinética en calor.
Pero… ¿podemos convertir el calor en energía cinética del cuerpo? La respuesta es sí (una máquina de vapor
convierte calor en energía cinética), pero existen limitaciones: para convertirla necesitaremos una máquina térmica
y, para que ésta funcione, es necesario que el calor pase de un depósito que esté a mayor temperatura a otro que
esté a menor.
Es decir:
 No se puede convertir calor en trabajo (energía transferible o utilizable) mediante un proceso a temperatura
constante (isotermo)
 No es posible transformar íntegramente calor en trabajo, ya que parte del calor se cede al depósito a
temperatura más baja y no se aprovecha como trabajo útil.
Esquema de una máquina térmica (simbolizada por el círculo) que cumple el Segundo Principio de la Termodinámica.
El calor absorbido Q1 en el foco caliente es transformado parte en trabajo (W) y parte (Q2) cedido al foco frío. El
rendimiento de una máquina térmica viene dado por el cociente entre el trabajo realizado (W) y la energía absorbida
(Q1). Este no puede llegar al 100 %.
Esquema de una máquina térmica que viola el Segundo Principio de la Termodinámica.
Esta máquina (imposible) convertiría todo el calor en trabajo. El rendimiento sería del
100 %. Debido a esta imposibilidad de transformar la totalidad del calor en trabajo
(energía utilizable) se dice que el calor es una energía de “calidad inferior”. De ahí que
Q
cuando la energía cinética se transforma en calor se dice que la energía se degrada.
Íntimamente ligado a todo lo dicho está el concepto de reversibilidad o irreversibilidad
Trabajo
W
de un proceso. Un proceso es irreversible si una vez realizado es imposible restituir al
sistema a las condiciones iniciales. De esta manera, cualquier proceso en el que
cualquier tipo de energía sea transformada en calor es irreversible, ya que no hay posibilidad de restituir al sistema
a las condiciones iniciales.
Foco caliente a la
temperatura TC
¿Podríamos convertir el calor cedido y transformarlo en energía cinética del cuerpo?...Sí. Mediante una máquina
térmica, pero no en su totalidad (Segundo Principio). La máquina deberá de funcionar tomando calor de un depósito
a temperatura superior y cederlo a otro a temperatura inferior e, irremediablemente, en este proceso parte del calor
tomado se cede a temperatura más baja no pudiendo convertirse en energía cinética. Al final del ciclo el cuerpo
tendría menos energía que al principio. No se restituirían las condiciones de partida.
Actividades Calor y temperatura
CANTIDAD DE CALOR
 ¿Qué cantidad de calor se requiere para elevar la temperatura de 205g de agua de 21,2°C a 91,4°C?
 ¿Qué cantidad de calor se necesita para elevar la temperatura de 205g de hierro de 21,2 a 91,4°C?
 Calcular la cantidad de calor necesario para elevar la temperatura de 25g de agua de 10°C a 40°C
CALOR ESPECÍFICO
 Investigar la composición función del Calorímetro de mezclas. Graficarlo.
 ¿Qué diferencia hay entre calentar 1 kg de agua y ½ kg de agua?
 ¿Es lo mismo cocinar las papas hervidas en agua que las papas fritas?
 ¿Al aumentar la llama de la cocina, los alimentos se cocinan más rápido?
ESCALAS TÉRMICAS
a. Expresar en distintas escalas la temperatura de ebullición y solidificación del agua.
b. La amplitud térmica es la diferencia entre la temperatura máxima y mínima, registradas en un región
durante un determinado tiempo. En EEUU la menor temperatura se registró en Alaska en 1971 con – 80° F, y
la máxima en California en 1913, con 134 ° F. Expresar estas temperaturas en escala Celsius e indicar la
amplitud térmica.
c. Indicar en cada caso si las temperaturas indicadas son =, > o <.
280 ° F ……… 15 ° C
1 ° C ………… 10 ° F
100 K ……….. 100 ° C
0 ° F ………… - 5 ° C
DILATACIÓN
1- Un hilo de cobre a 0°C tiene una longitud de 500 km, ¿cuál es su longitud a los 20°C si  = 0,00001885?
2- Una lámina de plomo mide 5 m2 a 0°C, determina su superficie a 20°C si  = 0,0000285.
3- Un recipiente de 2 m3 contiene 10 litrosa 15 °C. ¿Cuál es su volumen a 0°C si para el cinc  = 0,0000295?
LA ENERGÍA INTERNA DEL MAR: ACTIVIDADES
1. Realizar una línea de tiempo relacionada con la aparición de centrales mareomotrices.
2. Marcar las centrales mareomotrices en un planisferio indicando todos los lugares nombrados en el texto.
3. Busca un gráfico / esquema de una central mareomotriz.
4. Investiga un poco más sobre las características geográficas de los lugares dónde se instalan las centrales e indica
posibles zonas de instalación de centrales mareomotrices en nuestro país.
Investiga algunos de los temas complementarios y programa una breve exposición
- Metabolismo en los seres vivos
Respiración y calor.
- Calor y vida en la tierra
Calor en procesos industriales
- alimentos y generación de la energía
Evolución del concepto del calor
- Temperatura ambiente y termorregulación
Mecanismo de ganancia y pérdida de calor
- Sobrevivencia y reacción de los seres vivos ante el calor.
- Temperatura corporal.
Alimentos y generación de energía.