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Transferencia de energía: calor
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6PARA EMPEZAR
ESQUEMA
INTERNET
Esquema de contenidos
SALIRANTERIOR
ESQUEMA INTERNET INICIO
Temperatura de los cuerpos. Calor
El cero absoluto
Efectos del calor sobre los cuerpos
Energía térmica y trabajo mecánico
Transformación entre calor y trabajo
Equivalencia entre calor y trabajo
La máquina de vapor
El motor de explosión
Rendimiento de las máquinas térmicas
Máquinas frigoríficas
Cambio de temperatura
El calorímetro
Cambios de estado. Puntos de fusión y ebullición
Dilatación de los sólidos
Cambios de estado
Dilatación de los líquidos
Escalas termométricas Calor y equilibrio térmico
Transmisión de calor
Para empezar, experimenta y piensa
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Corrientes de convección
Retiramos la tarjeta
Líquido coloreado caliente
Líquido sin colorear frío
Tarjeta que separa ambas las boquillas
El líquido frío baja y el caliente sube. Al cabo del tiempo todo el líquido
está coloreado por igual y a la misma temperatura.
El cero absoluto
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Aumento de temperatura
Aumento de la velocidad de las partículas
T = 0 K T = 300 K T = 1000 K
EL CERO ABSOLUTO: -273,15º C
Según la teoría cinética, las partículas se mueven más o menos libremente dependiendo del estado físico. Cuanto más rápido se mueven, mayor es la temperatura de la sustancia
Escalas termométricas
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KELVIN CELSIUS FAHRENHEIT
373 K
273 K
0 K - 273 ºC
0 ºC
100 ºC
- 459 ºF
32 ºF
212 ºF
Calor y equilibrio térmico
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El calor o energía térmica es la energía que se intercambia cuando se ponen en contacto dos cuerpos que están a distinta temperatura, o cuando se produce un cambio de estado.
Cuando dos cuerpos a diferente temperatura se ponen en contacto el tiempo suficiente, sus temperaturas se igualan. Están en equilibrio térmico.
Agua caliente
Agua fría
Agua con temperatura intermedia
50
30
10
Transmisión de calor
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CONDUCCIÓN CONVECCIÓN
RADIACIÓN
La conducción es el modo en que se transmitela energía térmica en los sólidos. La energía se propagagracias a los choques que se producen entre las partículas «calientes» y sus vecinas.
La convección es el modo en que se transmite la energía térmica en los fluidos (líquidos y gases). La energía se propaga porque se produce un transporte de materia.
La radiación es el modo en que se transmite la energía térmica entre dos cuerpos sin que exista ningún tipo de contacto material entre ellos. Se propaga por medio de ondas electromagnéticas y es la única forma en que se transmite energía térmica en el vacío.
Partículas del sólido
Sentido de propagación del calor por conducción.
Partículas del gas
Partículas del líquido
El aire caliente sube
El aire frío baja
Cambio de temperatura
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20 2020
5080 70
Agua Agua Aceite
Encendemos los hornillos. Diez minutos después…
La temperatura que un cuerpo alcanza al absorber calor depende de su masa y del tipo de materia que lo forme.
Se denomina calor específico (ce) de una sustancia a la cantidad de calor que hay que comunicar a 1 g de la misma para que su temperatura aumente 1 K. En el SI se mide en J/(kg K).⋅
El calorímetro
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Termómetro
Vacío
Aislante
Agitador
El calorímetro se utiliza para determinar calores específicas de sustancias
Cambios de estado
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Sólido Líquido Gas
FUSIÓN VAPORIZACIÓN
SOLIDIFICACIÓNLICUACIÓN O CONDENSACIÓN
SUBLIMACIÓN
SUBLIMACIÓN INVERSA
-20
0
100
T (ºC)
0 4 8 2012 16 2824 t (min)
Cambios de estado. Puntos de fusión y ebullición
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Sólido
Líquido
Gas
Se produce el cambio de estado de sólido a líquido. La temperatura no varía.
Toda la sustancia está en estado líquido
Cambio de estado de líquido a gas. No varía la temperatura
Toda la sustancia está en estado gaseoso.
PUNTO DE EBULLICIÓN O VAPORIZACIÓN
PUNTO DE FUSIÓN
PUNTO DE CONDENSACIÓN
PUNTO DE SOLIDIFICACIÓN
COINCIDE CON
COINCIDE CON
Dilatación de los sólidos
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Coeficiente de dilatación lineal α Coeficiente de dilatación cúbico γCoeficiente de dilatación superficial β
Para tener en cuenta los efectos de la dilatación, en el diseño de estructuras se dejan juntas de dilatación.Coeficientes de dilatación lineal.
A
Dilatación de los líquidos
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Hasta la marca A el contenido del matraz es de 100 mL.
Si se calienta el matraz, éste se dilata antes que el líquido y los 100 mL se corresponderían con la marca B
Si el matraz tuviese líquido hasta el nivel A, al calentarse, llegaría al nivel C.
A
Agua caliente
B A
B
C
Dilatación aparente (A-C)
Dilatación real (B-C)Dilatación del matraz
Transformación entre calor y trabajo
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TRANSFORMACIÓN DE ENERGÍA TÉRMICA EN TRABAJO MECÁNICO
TRANSFORMACIÓN DE ENERGÍA MECÁNICA EN ENERGÍA TÉRMICA
Energía
Energía útil Energía
térmica
Émbolo
Calor
Equivalencia entre calor y trabajo
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Se llama equivalente mecánico del calor a la relación entre el trabajo realizado y el calor que puede producir: 1 cal = 4,18 J; o bien 1J = 0,24 cal.
Experiencia de Joule
Termómetro
Aspas
Agua
Eje
Pesas
Las pesas caen a la vez y mueven las aspas y aumenta la temperatura del agua.
A
C
B
A
C
La máquina de vapor
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Vapor
Agua
Combustible
Mientras se produzca vapor en la caldera, el movimiento del émbolo se transmite a la biela y hace que se mueva la rueda.
FASE DE ESCAPE
FASE DE ADMISIÓN
Desplazamiento
Rueda
El motor de explosión
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ADMISIÓN COMPRESIÓN EXPLOSIÓN ESCAPE
Se abre la válvula de escape y los gases son expulsados.
Salta la chispa en la bujía y la mezcla explota. Los gases producidos lanzan el émbolo hacia abajo, transmitiendo el movimiento a la biela.
El pistón sube y comprime la mezcla.
La mezcla gasolina-aire entra por la válvula de admisión, que se abre mientras el pistón baja.
Bujía
Válvula de escape
Cilindro
Biela
Válvula de admisión
Pistón
Rendimiento de las máquinas térmicas
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FOCO CALIENTE
FOCO FRÍO
MÁQUINA
En una máquina térmica el trabajo realizado es igual al calor absorbido (Q1) menos el calor cedido (Q2),
W = Q1 - Q2
Q1
Q2
Rendimiento = · 100 Trabajo producido
Energía consumida
· 100 W
Q1
Q1
Q1- Q2· 100
Rendimiento
Máquinas frigoríficas
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Ventilador del evaporador
Evaporador
Compresor
Ventilador del compresor
Indicador de temperatura Control de temperatura
Desagüe
Condensador
FOCO CALIENTE
FOCO FRÍO
MÁQUINA TÉRMICA
Qf
Qc
W
Enlaces de interés
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Calor y temperatura
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Calentamiento global
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