CALORIMETRIA TEORÍA CINÉTICO-MOLECULAR DE LA MATERIA En la termodinámica al utilizar variables macroscópicas (volumen, presión, etc.), estas se pueden describir y relacionar entre sí sin conocer la constitución interna de la materia. La materia está formada por partículas (átomos, moléculas o iones), que están en continuo movimiento. Energía interna (U). De un cuerpo o un sistema es la suma de las energías de sus partículas microscópicas. Magnitud extensiva, depende del conjunto de todas sus partículas (extensión del cuerpo). Gas ideal Partículas se consideran puntuales y no interaccionan entre sí. Partículas no tienen energía potencial y toda la energía interna del gas es energía cinética. TEMPERATURA Medida de la temperatura Cuando varía la temperatura, algunas propiedades físicas de un cuerpo y un sistema también se modifican. Longitud de un alambre. Longitud de una columna de líquido. Resistencia eléctrica de un metal. etc. Estas magnitudes que varían con la temperatura se denominan propiedades termométricas y sirven para medir la temperatura de forma objetiva. Para medir la temperatura se elige un cuerpo, (termómetro), con una determinada propiedad termométrica, designada por X. Suponemos una relación lineal entre X y la temperatura T: T = a · X + b. Para hallar a y b, se fijan arbitrariamente y se llaman puntos fijos. Escala Celsius T (°C). Se usó la propiedad termométrica de la longitud de una columna de mercurio en un tubo de vidrio cerrado. Los puntos fijos elegidos son la fusión del hielo a 1 atmosfera, asignándose esta temperatura de 0 °C, y la ebullición del agua también a 1 atm, con el valor de 100 °C. Escala absoluta Kelvin T (K). La escala anterior presentaba una dificultad, era que se basaba solo en la propiedad del agua, para un contexto científico debe ser independiente de la sustancia para ello en el siglo XIX, se hizo lo siguiente: Se varió la presión con la temperatura, pero con la condición de que el volumen de un gas sea constante. Se usaron varios gases. Se obtuvo una relación lineal de puntos. Todas las familias de puntos están alineadas en un punto, y en cuyo valor de -273°K esta sería la temperatura a la cual la presión de todos los gases se reduce a cero. Relación entre la temperatura y la energía interna En un gas ideal, la energía cinética de sus partículas es proporcional a la temperatura absoluta T. Por tanto, su energía interna es proporcional a la temperatura. En los gases reales, líquidos y sólidos, las interacciones entre partículas contribuyen a la energía interna en forma de energía potencial; en ellos la energía interna ya no depende solo de la temperatura. La temperatura es indicativa del grado de vibración o agitación térmica de las partículas. ENERGÍA TRANSFERIDA MEDIANTE CALOR En contacto dos cuerpos, que están a distintas temperaturas experimentaran transformaciones hasta alcanzar la misma temperatura. Implica distribución energética de sus partículas y una transferencia de arte de la energía interna de un cuerpo a otro. Calor ( ), forma de transferencia de energía entre cuerpos por diferencia de sus temperaturas. Energía se mide en julio, (J). Otra unidad de energía es la caloría, (cal). 1 J = 0,24 cal. La transferencia de energía va del cuerpo de mayor temperatura hacia el de menor temperatura. El proceso de trasferencia acaba cuando los dos cuerpos alcanzan el equilibrio térmico (misma temperatura). Calor cedido por un cuerpo tiene signo ……… . Calor absorbido por un cuerpo tiene signo ……… . PROPAGACIÓN DE LA ENERGÍA TÉRMICA ¿Será necesario el contacto físico entre el foco calorífico y el cuerpo para que este se caliente? Conducción Transferencia de calor, por transmisión de energía de unas partículas a otras sin desplazamiento (solo por choque). Convección Transferencia de calor, por el movimiento de las partículas de un fluido (liquido o gaseoso). El Sol emite calor mediante ondas de naturaleza electromagnética. De modo similar de una bombilla o aparato de calefacción. Radiación Transferencia de calor mediante ondas electromagnéticas, sin la intervención de partículas materiales. EFECTOS DEL CALOR EN LOS CUERPOS Calor sensible (Q). La cantidad de calor absorbido o cedido por un cuerpo, y depende de: Incremento de temperatura Masa Propia naturaleza (de que esta echo). Se calcula con la siguiente ecuación: Q= c= m= t= t0 = Q (+) indica que el calor es ……………por el cuerpo. Q (-) significa que el calor es ………………por el cuerpo. Calor especifico (c), es el calor que recibe la unidad de masa de una sustancia para que aumente un kelvin su temperatura. Sus unidades son: J/(kgK)= J/(kgC) válida cuando los cuerpos no experimenten cambio físico. Ejemplo Sacamos del horno un bizcocho de 600 g que está a 180S°C y lo dejamos que se enfrié a temperatura ambiente (20 °C). ¿Qué calor intercambia con su entorno si su calor especifico es de 2,5 kJ·kg-1·k-1? Ejemplo Calcula el calor que ha cedido. Una pieza de cobre de 50 g se ha enfriado desde 80 °C hasta 25 °C. Calcula el calor que ha cedido. Ejemplo Actividad EQUILIBRIO TÉRMICO Dos cuerpos ha diferente temperatura -Q (…………………) Al ponerse en contacto, intercambian energía en forma de calor por un tiempo +Q (……………………) Cuando ya no intercambien calor, han llegado al EQUILIBRIO. Ejemplo Ejemplo Ejemplo Ejemplo Actividades Cambios de estado. Durante un cambio de estado de una sustancia, su temperatura permanece constante y depende de la presión a la que se encuentra. Actua el calor latente: Q = m · L EJEMPLO. Calcula el calor necesario para transformar totalmente 300 g de hielo a −15 °C en agua líquida a 0 °C. EJEMPLO. Calcula la cantidad de calor necesaria para transformar totalmente 2 L de agua a 20 °C en vapor de agua a 100 °C. EJEMPLO. ¿Cuántos kg de hielo a 0ªC se han de emzclar con 6 kg de agua claiente a 070ªC para obtener finalmente agua líquida a 10ªC? Se conoce: LF=334 J/g y CAGUA=4,18J/g DILATACIÓN TÉRMICA DE SÓLIDOS, LÍQUIDOS Y GASES. Aumento en las dimensiones de los cuerpos al incrementar su temperatura. Los sólidos experimentan distintos tipos de dilataciones térmicas: Dilatación lineal Dilatación superficial Dilatación cubica Líquidos solo tienen dilatación cúbica. Su coeficiente es K y 100 mayor que el de los sólidos. Gases solo tienen dilatación cúbica. Al ser compresibles, el coeficiente de dilatación depende del tipo de proceso en el que aumenta la temperatura. Proceso a presión constante, el coeficiente de dilatación cubica, γ, es prácticamente constante para todos los gases.
