UNIDAD 4:“INTERCAMBIOS DE ENERGÍA: TRABAJO Y CALOR” ( )

I. E. S. Gamonares (Lopera –Jaén)
Departamento de Ciencias Naturales
UNIDAD 4:“INTERCAMBIOS DE ENERGÍA:
TRABAJO Y CALOR”
1. CONCEPTO DE TRABAJO
El Trabajo realizado por una fuerza sobre un cuerpo puede obtenerse como el producto del
módulo de la fuerza por el módulo del desplazamiento que provoca en el cuerpo en su misma
dirección y sentido. Matemáticamente se expresa así:

  
 

W  F  r  F  r  cos F , r

En el caso en el que sean varias las fuerzas que actúen sobre un cuerpo, el cálculo del trabajo
total se obtiene sumando los trabajos realizados por cada una de estas de forma independiente
p
Fíjate: de la anterior expresión podemos sacar las siguientes conclusiones…
1. - El trabajo puede ser nulo, positivo o negativo, ¿cómo?
1.1. Trabajo igual a cero: puede darse tres casos:
a) Cuando no actúa ninguna fuerza.
b) Cuando no hay desplazamiento: así que, aunque estés tres
horas delante de un libro de Física estudiando para un examen,
no estás realizando ningún trabajo mecánico, sino que es un
esfuerzo fisiológico.
Δr c) Cuando la fuerza y el desplazamiento forman un ángulo de
90º (son perpendiculares): por ejemplo piensa cuando llevas una
mochila a la espalda o en un movimiento circular, donde nunca se realiza trabajo.
1.2. Trabajo positivo o negativo: al ser los módulos
siempre positivos, el que va a determinar que el
trabajo sea positivo va a ser el valor del coseno del
ángulo. Así, por ejemplo, la fuerza de rozamiento
siempre realiza un trabajo mecánico negativo
porque, por su definición, esta fuerza siempre se opone al movimiento,
por lo que tendremos el cos 180º= -1.
2.- El trabajo será máximo cuando fuerza y desplazamiento tengan la
misma dirección y sentido, es decir, cuando cos 00= 1.
3.- Desde el punto de vista gráfico, el trabajo vendrá representado por el área
comprendida bajo la curva obtenida en la gráfica Fuerza versus
desplazamiento.
4.- De la ecuación matemática para calcular el trabajo podemos dar la
definición en el SI de Julio, siendo esta: “el trabajo mecánico realizado por
una fuerza de 1 N aplicada en la dirección del movimiento para producir un
desplazamiento de 1 m”
5.- La unidad Julio debe su nombre al gran científico James Prescott Joule
(1818-1889) físico británico, alumno del químico John Dalton. Joule estudió el magnetismo, y descubrió
su relación con el trabajo mecánico, lo cual le condujo a la teoría de la energía
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PIENSA….. ¿Realizan Trabajo Físico…?
a) La fuerza del brazo del dueño de un gato que lo arrastra unos metros por
el suelo pues este se niega a ir al veterinario. El brazo forma un ángulo de
40º con el suelo.
b) La fuerza gravitatoria con la que la Tierra atrae a la Luna, mientras se
desplaza por su órbita
c) La fuerza gravitatoria en el movimiento de un péndulo.
d) La tensión y el peso cuando una niña gira una piedra atada a una cuerda
en un plano perpendicular al suelo.
e) La fuerza con la que estiramos un muelle para desplazarlo de su posición de equilibrio y la fuerza que
ejerce el muelle para devolverlo a su posición original.
f) Un atleta al subir unas pesas de 150 kg desde el suelo.
g) El atleta al sostener las pesas por encima de su cabeza durante 25 s.
2. CONCEPTO DE ENERGÍA
La energía, al igual que otras magnitudes en física y química, es uno de esos conceptos abastractos –y, por
tanto, difíciles de definir- que obedecen a una serie de leyes de conservación que la hacen una magnitud
fundamental en el desarrollo de nuestro conocimiento actual del Universo.
Una forma en la que se suele definir la energía es “un cuerpo o sistema posee cierta energía cuando tiene
capacidad de producir trabajo y/o realizar intercambios de calor”. El trabajo ya lo hemos visto, el calor lo
haremos más adelante. Una definición más fácil fue propuesta por Thomas Young (1773-1829) en 1807,
siendo: “todo sistema que tenga capacidad para producir cambios, tiene energía de alguna clase”, ya que
es necesario transferir (dar o quitar) algún tipo de energía a un sistema para que se produzcan cambios en
el mismo.
Al ser una magnitud física se debe cuantificar y tendrá sus unidades correspondientes, en este caso las
mismas que el trabajo –y como veremos que el calor-, es decir, el Julio (J).
3. CONCEPTO DE POTENCIA
Definida como el trabajo realizado por unidad de tiempo.
P
La unidad de Potencia en el S. I. es:
W
t
1 vatio (W ) 
1J
1s
Otra unidad es el Caballo de Vapor (C.V.) que equivale a:
1 CV  736W
Así, un coche es muy potente (tiene muchos “caballos”) cuando realiza un trabajo (pasar de 0 a 100 km/h)
en poco tiempo.
Un error habitual es considerar el Kilovatio-hora (KWh) como unidad de Potencia cuando es unidad de
trabajo o energía.
W  P  t  Enunidades  KWh  KW  h
Siendo:
1 KW h  1000 W  3600 s  3´6  106 J
De hecho, en la factura de la luz nosotros pagamos por los Kwh consumidos a lo largo del mes.
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Otro de los índices que aparece en la factura de la luz es aquel donde se indica la potencia contratada, es
decir, la máxima cantidad de energía que cada segundo podemos demandar desde nuestro hogar. Para
entender este concepto trabajemos con un ejemplo:
Supongamos que vamos a dar de alta la luz de nuestro piso y sabemos que es posible que estén funcionando
a la vez la placa vitrocerámica (2000w), la TV (180w), el brasero (800w), un radiador (1000w) y un par
de ordenadores (200w). En este caso es posible que desde casa lleguemos a demandar 4380w, es decir,
4380 julios cada segundo. En este caso deberemos contratar hasta esta cantidad si no queremos que “salte”
el ICP interruptor de control de potencia, elemento que instala la compañía suministradora de energía
eléctrica para asegurarse de que en las viviendas no se demanda en ningún momento una potencia superior
a la contratada.
4. PRINCIPIO DE CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA
En nuestra vida la energía es fundamental. En el proceso de la fotosíntesis, las plantas fijan la energía del
Sol al transformar la materia inorgánica como el dióxido de carbono y el agua en materia orgánica que nos
sirve de alimento. Esta materia orgánica también la utilizamos como combustible para los medios de
transporte o para la producción de electricidad, etc. Podemos obtener electricidad directamente a través de
los rayos del Sol o a través del ciclo del agua que genera…. En definitiva, la energía del Sol es el principal
motor que hace funcionar a nuestro planeta y, una vez que la recibimos, toma formas muy diferentes y
participa en infinidad de procesos.
Tratemos de clasificarlas viendo los diferentes Tipos de energía que podemos encontrar:
Energía
mecánica (EM)
Es la energía suma de otros dos tipos de energía:
cinética (ligada al movimiento) y potencial
(ligada a la posición del cuerpo).
EM = EC + E p
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Energía
térmica
(Calor)
Es la energía que se transfiere cuando se ponen en
contacto dos cuerpos a distinta temperatura
Energía
química
Es la energía debida a los enlaces que se
establecen entre los átomos y demás partículas
que forman una sustancia
Energía
nuclear
Es la energía que emiten los átomos cuando sus
núcleos se rompen (energía de fisión) o se une
(energía de fusión)
Energía
radiante
Es la energía que se propaga a través de ondas
electromagnéticas, como la luz, la energía solar,
los microondas, rayos X, etc
Vemos que la energía puede adquirir muchas formas, pero todas ellas comparten una serie de Propiedades
que podemos sintetizar en:
Además, las características más importantes de la energía son:
La energía se transfiere y se transforma de unos
cuerpos a otros, es decir, dos o más cuerpos pueden
intercambiar energía haciéndolo de dos formas: a través de
Trabajo mecánico o a través de Calor. Por tanto, Trabajo y
Energía son dos energías en tránsito, es decir, los cuerpos
no poseen Trabajo ni Calor sino que transfieren energía de
una u otra forma. Por ejemplo, una chica que salta en una
cama elástica transfiere la energía cinética propia de su
caída a la cama elástica que se estira almacenando por ello
energía potencial, una cocina transfiere energía térmica a la sartén o el Sol transfiere su energía radiante a
las plantas que la transforman en energía química.
La energía se degrada, es decir, dejar de sernos útil. Es paradójico decir que la energía se mantiene
constante (tenemos la misma cantidad que cuando se produjo el Big Bang) y a la vez hablar de problemas
energéticos y que la energía se está agotando. Esto es debido a que algunas formas de energía no nos son
útiles, es decir, son de mala calidad lo que reduce su capacidad para realizar trabajo.
Por ejemplo, en el caso del coche, parte de la energía que suministramos al coche en forma de gasolina –y
por la que pagamos un dinero cada vez más considerable- se desaprovecha en el rozamiento de las distintas
partes del automóvil con el asfalto y el aire, transformándose en energía térmica que no podemos aprovechar
para seguir moviéndonos con él.
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La Energía se puede almacenar y transportar. Las pilas almacenan energía química que van
liberando cuando las conectamos. La energía se transporta por el tendido eléctrico. Los combustibles
almacenan energía química que se transforma en energía eléctrica o cinética tras la combustión. La Energía
eléctrica es la más fácil de transportas, sin embargo, debido al Efecto Joule (pérdidas de calor a través de
los conductores) parte de esta Energía se pierde, se degrada.
Helmholtz en 1847 enuncia lo que se considera una de las leyes fundamentales de la Física: la Ley de
Conservación de la Energía (LCE): La energía no se puede crear (sacar de la nada) ni destruir
(aniquilar, hacerla desaparecer). Únicamente se puede transformar de una forma a otra.
Es decir, si queremos disponer de determinada cantidad de una forma de energía sólo lo
podremos conseguir transformando una cantidad equivalente de otra forma de energía.
Por ejemplo puedes pensar cuando añades gasolina al coche (energía química) que se
transforma en energía térmica cuando explota en los cilindros del automóvil y parte de esta se
transformará en energía cinética –movimiento del coche- y otra parte en energía térmica que
calienta los neumáticos, la calzada y el aire.
Hermann von
Helmholtz.
Postdam.
Este principio hace referencia a la cantidad total de energía, incluida la energía que se degrada,
porque pese a ser una energía que no se puede recuperar forma parte de la energía del universo.
5. FUENTES DE ENERGÍA
Una Fuente de energía es cualquier recurso material del cual se pueda obtener energía para usarla
directamente o para transformarla en otra energía más cómoda. Pueden clasificarse bajo diversos criterios:
Si tenemos en cuenta la renovación de la fuente:
 No renovables: Se encuentran en forma limitada en la naturaleza. Se consumen a un ritmo mayor
del que se producen, por lo que acabarán agotándose. Ejemplos: carbón y el petróleo.
 Renovables: Se recuperan tras utilizarse. No se agotan como el viento y el agua ó se pueden
regenerar al mismo ritmo que se consumen, como los biocombustibles.
Si tenemos en cuenta si contaminan:
 Contaminantes: Al utilizarlas producen residuos. Ejemplos: carbón y gas natural.
 Limpias: Al utilizarlas no generan residuos, como la solar o la eólica. No obstante, las instalaciones
de algunas fuentes de energía limpia producen un gran impacto ambiental, porque ocupan grandes
extensiones que no se pueden utilizar para otra finalidad.
Si las clasificamos por el uso:
 Convencionales: Se han empleado tradicionalmente, como el carbón o el petróleo.
 Alternativas: Sustituyen a las convencionales. Solar o eólica son ejemplos de este tipo de fuentes
de energía.
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En todo, muchas de las fuentes de energía no se utilizan directamente, sino que se transforman en
energía eléctrica, más fácil de transportar y de utilizar en los distintos dispositivos domésticos o
industriales. Veamos estas transformaciones:
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6. ENERGÍA MECÁNICA
Definida como aquella que poseen los sistemas debido a su posición (E. Potencial) y a su velocidad (E.
Cinética).
6.1. ENERGÍA POTENCIAL
A) ENERGÍA POTENCIAL GRAVITATORIA:
Energía que posee un cuerpo debido a su altura respecto de la superficie de la Tierra. Relacionada con la
Fuerza Peso.
Debes tener en cuenta que…



E pg  m  g  h
La fórmula mgh sólo es válida para pequeñas variaciones de altura respecto a la superficie
terrestre donde podemos considerar la gravedad de la Tierra como constante. Esta expresión es
solo una aproximación.
En general, se considera como cero de la energía potencial gravitatoria en el suelo. Es una
decisión arbitraria ya que si el suelo se hundiera, el cuerpo seguiría cayendo. La razón de esta
elección arbitraria es que en la mayoría de los casos solo nos interesa medir variaciones de
energía potencial.
La Energía potencial gravitatoria depende tanto de características del cuerpo –masa y alturacomo del planeta –gravedad-.
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 La energía potencial puede ser positiva si consideramos alturas por encima del nivel que
hemos establecido como cero, o negativos en caso contrario.
Relación entre energía potencial y trabajo
Cuando el Coyote, desesperado corriendo tras el Correcaminos, se cae
desde un precipicio, varía su energía potencial gravitatoria. Este cambio de
posición es debido a la acción de la Fuerza Gravitatoria de la Tierra sobre
él, cuyo valor es de –mg (el signo negativo indica que el desplazamiento se
realiza hacia abajo)
W  mg (hsuelo  h)  mgh  mghsuelo  Ep 0  Ep f  E p g
Deduciendo que el trabajo realizado por la fuerza gravitacional sobre un cuerpo es igual a la variación
negativa de la energía potencial gravitatoria.
B) ENERGÍA POTENCIAL ELÁSTICA:
Piensa ahora en un muelle comprimido. Si soltamos la mano de él, la fuerza que tiende a recuperar su
forma realiza un trabajo –hace un desplazamiento- Por tanto, mientras el muelle esté comprimido tendrá
almacenado un tipo de energía: Energía Potencial Elástica, cuya expresión viene dada por:
E Pe 
1 2
kx
2
Siendo x la distancia que se ha comprimido o estirado el muelle respecto a su posición de equilibrio y k la
constante elástica del muelle (N/m).
Relación entre energía potencial y trabajo
Supongamos un muelle comprimido en una posición x1 que se deja libre. Será
entonces cuando la fuerza recuperadora, de acuerdo con la ley de Hooke, que
actúa será –kx realizará un trabajo para devolver el muelle a la posición de
equilibrio x0. El desplazamiento efectuado será x0-x1 y la fuerza elástica
promedio que ha actuado es:
 kx0  (kx1 )
1
  k ( x 0  x1 )
2
2
Luego, el trabajo efectuado por la fuerza elástica del muelle será:
W  1 / 2k ( x 0  x1 )  ( x 0  x1 ) 
1 2 1 2
kx1  kx0  Ep o  Ep f  E pe
2
2
Deduciendo que el trabajo realizado por la fuerza elástica sobre un cuerpo es igual a la variación negativa
de la energía potencial elástica, como ocurría con la gravitatoria.
6.2. ENERGÍA CINÉTICA: TEOREMA DE LAS FUERZAS VIVAS
Es lógico pensar que un cuerpo en movimiento posee algún tipo de energía, ya que tiene capacidad para
sufrir transformaciones, por ejemplo, en su posición o de realizar algún tipo de trabajo, por ejemplo
chocando con otro cuerpo en reposo que desplazará. Este tipo de energía es la llamada Energía cinética
(del griego “que se mueve”): E C 
1
 m  v2
2
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Pero, del mismo modo que un cuerpo en movimiento puede realizar un trabajo a costa de su energía
cinética, un trabajo puede aumentar o disminuir la energía cinética de un cuerpo. Esta relación entre
trabajo y energía cinética fue demostrada por Gaspard de Coriolis (1792-1843) con su teorema de las
fuerzas vivas: el Trabajo total realizado sobre un cuerpo es igual a la variación en su energía cinética:
W  EC  EC f  EC0
Debes tener en cuenta…
 La energía cinética es una magnitud escalar y siempre positiva, por lo que no depende de la
dirección en que se mueva el cuerpo.
 Cuando sobre un cuerpo se realiza un trabajo positivo su energía cinética aumenta, mientras que
cuando se realiza un trabajo negativo, su energía cinética disminuye.
 Este teorema es válido para cualquier tipo de fuerza.
 Si sobre un cuerpo no actúa ninguna fuerza o su resultante es cero, su energía cinética permanece
constante, lo cual no es más que una versión energética de la primera ley de Newton.
 En un MCU, la fuerza centrípeta no realiza trabajo (la fuerza y el desplazamiento son
perpendiculares) por lo que no hay variación de energía cinética.
6.3. CONSERVACIÓN ENERGÍA MECÁNICA
Se denominan fuerzas conservativas a aquellas en las que el trabajo solo depende de las posiciones
inicial y final o, lo que es lo mismo, el trabajo que realizan en una trayectoria cerrada es cero. Por eso es
posible definir para cada una de ellas una energía potencial. Así, la fuerza gravitatoria y la fuerza
elástica son fuerzas conservativas, mientras que la fuerza de rozamiento no. Además, para este tipo
de fuerzas, como hemos comprobado anteriormente, el trabajo realizado es igual a menos la variación de
la energía potencial implicada.
La suma de la energía cinética y potencial de un sistema aislado en el que solo actúen fuerzas
conservativas permanece constante, es decir, en un sistema aislado la Energía Mecánica inicial antes de un
proceso coincide con la Energía Mecánica final. Matemáticamente:
Emi  Emf
Eci  E pi  Ecf  E pf
7. TERMODINÁMICA
Rama de la Física que estudia los intercambios de energía ya sea en forma de trabajo o calor.
7.1. CONCEPTOS PREVIOS:
A) TEMPERATURA:
La temperatura es explicada como la magnitud que nos informa sobre el estado de agitación de las
partículas de un cuerpo, es decir, la temperatura de un sistema está relacionada con la energía cinética
media de traslación de sus moléculas
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B) ESCALA KELVIN DE TEMPERATURA:
Escala que asocia una temperatura 0K (0 Kelvin) al cero absoluto de temperatura, es decir, aquella situación
en la que las partículas de un sistema permanecen inmóviles. En ella no existen valores negativos de
temperatura y se cumple:
T K   T º C   273
Ejemplos:
a)  38º C  T K   38º C  273  235 K
b) 400K  400  T º C   273  T º C   127º C
El Kelvin (K) es la unidad de Temperatura en el S. I.
7.2. CALOR
Energía en tránsito entre dos sistemas a diferente temperatura, pasando del cuerpo a mayor
temperatura al cuerpo a menos temperatura.
Un cuerpo nunca tiene calor, lo que tiene es la energía cinética de sus partículas alta (↑T) o pequeña
(↓T).
Unidad del calor en el S.I. → Julio (J). Otra unidad es la caloría (cal), definida como la cantidad de calor
necesario para elevar 1ºC la temperatura de 1 g de agua. Se cumple:
1 cal  4´18 J
Por ejemplo, una persona que invierte su Energía Química en subir un objeto pesado a un 4º piso con un
sistema de poleas para que entre por la ventana. Ha realizado un W sobre el objeto y éste aumenta su
Energía, ahora tiene una Energía Potencial Gravitatoria que antes no tenía, el objeto ha ganado Energía
porque ha recibido un W y el hombre la ha perdido. ¿Toda la Energía del hombre ha pasado al objeto?
No, parte se pierde en forma de calor (hombre, objeto, aire).
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De acuerdo con el Principio de Conservación de Energía, si dos cuerpos se encuentran aislados
térmicamente del exterior, podemos afirmar que el calor cedido por 1 es igual al ganado por 2,
estableciéndose: Qganado  Qcedido  0
8. EQUILIBRIO TÉRMICO
Al poner en contacto dos cuerpos de diferente temperatura, el intercambio de calor entre ellos cesa cuando
se igualan sus temperaturas, es decir, cuando se alcanza el equilibrio térmico. Esto es así porque las
partículas de dos cuerpos en contacto colisionan entre sí hasta que todas se mueven a la misma velocidad.
9. EFECTOS DEL CALOR:
9.1. CAMBIOS DE TEMPERATURA: CALOR ESPECÍFICO.
Cuando un sistema recibe calor sus partículas aumentan su velocidad y, por tanto,
aumentará su temperatura, pero no todos los materiales aumentan por igual su
temperatura al recibir calor.
Llamamos Calor específico (c) de una sustancia al calor necesario para elevar 1
grado la temperatura de 1 kg de dicha sustancia.
Unidad en el S.I.:
J
Kg  K
A partir de esta definición, la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura
de un cuerpo será:
Q  m  c  T  m  c  T f  Ti 
donde m = masa del cuerpo y Tf , Ti = temperaturas final e inicial.
Así, el calor recibido será positivo ya que (Tf > Ti) y el calor cedido negativo ya que
(Tf < Ti).
Nota: fíjate que el incremento de temperatura lo puedes calcular tanto el K como en ºC, ya que
son iguales las variaciones, es decir, no hace falta hacer en esta magnitud el cambio de unidades.
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9.2. CAMBIOS DE ESTADO: CALOR LATENTE.
En otras ocasiones, el calor cedido o ganado por un cuerpo no se invierte en modificar el grado de agitación
de las partículas del cuerpo (cambio de estado) sino que se emplea en actuar sobre las fuerzas
intermoleculares y la reordenación molecular de los cuerpos, produciéndose los cambios de estado. Por
tanto, los cambios de estado se realizan a temperatura constante.
Llamamos Calor latente (L) de un sistema al Calor necesario para provocar el cambio de estado en 1 Kg
de dicha sustancia.
Unidad en el S.I.:
J
Kg
El calor implicado en el cambio de estado, viene dado por la expresión:
Q  mL
donde, Q= calor cedido o ganado
m= masa del cuerpo
L= calor latente.
Los cambios de estado que absorben calor
reciben el nombre de cambios de estado
progresivos. Por el contrario los cambios
de estado que necesitan que la sustancia se
enfríe (desprenda calor) reciben el nombre
de cambios de estado regresivos.
Solidificació
n
Fusión
SOLID
O
LÍQUI
DO
Vaporizació
n
Condensación
Sublimación
GAS
Sublimación
regresiva
Cambios de estado progresivos
 Fusión. Paso de sólido a líquido. La temperatura de fusión es una propiedad característica de las
sustancias. Por tanto, puede servirnos para identificar a las sustancias. Varía con la presión. A medida
que ésta disminuye la temperatura de fusión desciende.
 Vaporización. Paso de líquido a gas. Tiene lugar a cualquier temperatura y en la superficie libre del
líquido (los líquidos se evaporan a cualquier temperatura). Sin embargo, si aumentamos la temperatura
llega un momento que la evaporación se produce en todo el líquido, formándose grandes burbujas (llenas
de vapor del líquido) que ascienden hasta la superficie. Decimos que el líquido comienza a hervir o que
entra en ebullición. La temperatura a la que un líquido hierve es otra propiedad característica
llamada temperatura de ebullición. Varía con la presión. A medida que ésta disminuye la temperatura
de ebullición desciende.
 Sublimación. Paso directo de sólido a gas sin pasar por el estado líquido. Como la vaporización ocurre a
cualquier temperatura (de ahí que podamos oler sustancias sólidas. Pequeñas porciones del sólido
subliman y llegan en forma de vapor a nuestra nariz). La mayor parte de las sustancias necesitan
encontrarse a presiones muy bajas para que la sublimación sea apreciable.
Cambios de estado regresivos
 Solidificación. Paso de líquido a sólido. Ocurre a la misma temperatura que la fusión. Varía con la presión.
 Condensación. Paso de gas a líquido.
 Sublimación regresiva. También llamada sublimación inversa o deposición. Paso directo de gas a sólido
sin pasar por el estado líquido.
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Nota: como puedes
observar en tablas tenemos
los datos de los procesos
progresivos. En el caso de
que tengas que estudiar un
proceso regresivo, lo único
que tendrás que tener en
cuenta es cambiar el signo al
calor latente
correspondiente, para tener
en cuenta que el calor en vez
de absorbido es cedido.
Imaginémonos que partimos de hielo a -20 0 C y
empezamos a calentarlo (ver gráfica). Su temperatura
empezará a subir. Cuando lleguemos a la temperatura de
fusión (00 C) el hielo comenzará a transformarse en
líquido (fusión). Mientras suceda esto, aunque se siga
calentando, la temperatura de la mezcla hielo-agua
permanecerá constante en 00 C. Cuando todo el hielo
pase a líquido la temperatura comenzará a subir
nuevamente hasta llegar a la temperatura de ebullición
(1000C). Entonces, y mientras exista líquido, la
temperatura permanecerá invariable.
T (0C)
¿Cómo puedes explicar esto desde el punto de vista
energético?
Ebullición.
La
temperatura
permanece
invariable.
100
0
-20
t (min)
Fusión. La temperatura
permanece invariable
9.3. CAMBIOS DE TAMAÑO.
Si viajas en tren o atraviesas un puente en coche, notarás que a veces la vía o la carretera tienen pequeñas
interrupciones que aprecias como un pequeño salto. Son separaciones entre dos tramos que facilitan el
aumento de tamaño que se produce en las épocas de calor.
Casi todos los cuerpos aumentan de tamaño cuando se calientan, el fenómeno se llama dilatación y nos lo
explica la teoría cinética. Las partículas que forman los sólidos y los líquidos tienen un movimiento de
vibración que aumenta al aumentar su temperatura; esto hace que cada vez estén más separadas y, en
consecuencia, que aumente el tamaño del cuerpo.
Normalmente los líquidos se dilatan más que los sólidos cuando sufre un aumento de temperatura. El
agua tiene un comportamiento anómalo en cuanto a su dilatación. Por el tipo de fuerza que se establece
entre sus moléculas, el volumen del agua disminuye de 0ºC a 4ºC; a partir de ahí, aumenta el volumen del
agua al elevarse la temperatura. Este hecho determina que la densidad del agua a 4ºC sea mayor que a 0ºC
por lo que el hielo flota en el agua, algo que ya estudiamos es fundamental para la supervivencia de los
peces y demás seres vivos en ambientes muy fríos.
Los gases se dilatan mucho más que los líquidos y los sólidos.
10. MECANISMOS DE TRANSMISIÓN DEL CALOR:
Los mecanismos por los que el calor se propaga son tres:
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a)
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Conducción: es el modo en que se transmite la energía térmica en sólidos. La energía se
propaga sin que haya transporte de materia gracias a los choques que se
producen entre las partículas a mayor temperatura y sus vecinas. Así, si
calentamos una barra de hierro por uno de sus extremos, al cabo del tiempo
toda la barra alcanzará la misma temperatura.
b)
Convección: es el modo de transmisión del
calor en los fluidos –líquidos y sólidos- donde además de esta
propagación hay un transporte de materia. Este hecho explica, por
ejemplo, por qué en las casas la calefacción se coloca en la parte baja de
las habitaciones, mientras que los aires acondicionados van en la parte
alta. ¿Por qué? Al calentarse el aire en contacto con el calefactor
disminuye su densidad –ya que aumenta el volumen y, recuerda, d=
m/V- subiendo hacia arriba y empujando el aire más “frío” hacia abajo
que se calentará y volverá a subir. Estas son las llamadas corrientes de convección.
c)
Radiación: es el modo de propagación de la energía
térmica entre dos cuerpos sin que haya contacto entre ellos.
Se propaga por medio de ondas electromagnéticas y es la
única forma en la que se puede transmitir el calor en el vacío.
Todos los cuerpos dependiendo de su temperatura emiten
una radiación electromagnética. Este proceso explica por qué
el Sol nos puede calentar aun estando a tanta distancia de
nosotros.
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