Act. 12: Lección evaluativa Unidad No. 3

Calor

Calor

Cuando dos objetos se encuentran en equilibrio térmico, éstos tienen la misma temperatura y no hay intercambio de calor entre ellos. si este intercambio se diera, cambiaría su temperatura.

Los cuerpos con la misma temperatura no intercambian calor porque estarían intercambiando energía.

El calor es energía en tránsito que se transfiere desde los cuerpos con alta temperatura a los cuerpos con una temperatura más baja.

Es importante resaltar que la energía interna de un sistema puede cambiar aún cuando no ser realice transferencia de energía por calor.

La energía interna es la energía de un sistema que está asociada con sus componentes atómicos cuando se visualiza desde un marco de referencia en reposo con respecto al objeto.

Equivalente mecánico

Equivalente mecánico del calor

James Prescott Joule diseñó un montaje experimental que consistía en unas paletas que giraban debido a que estaban unidas por medio de una cuerda a un cuerpo, dicha cuerda pasaba por una polea. Estas paletas estaban dentro de un recipiente que contenía agua.

Si se deja libre la masa, las paletas giran y efectúan trabajo mecánico sobre las moléculas de agua haciendo que aumente su energía cinética y por tanto la temperatura.

conociendo la masa y la distancia que desciende y aplicando el teorema de la conservación de la energía, se puede saber cuánto trabajo se efectuó sobre el agua y el termómetro indica cuanto se eleva la temperatura. Por otra parte, se puede calcular cuánto calor se debe entregar al agua para obtener esa misma variación de temperatura. De esta forma Joule encontró que:

1 cal = 4,18 J

Lo cual se conoce como equivalente mecánico del calor.

1 El equivalente de calor significa que 1 Cal equivale a

Su respuesta :

4,18 J

Correcto

Transferencia de calor

Transferencia de calor

La transferencia de calor puede ocurrir por medio de tres procesos físicos diferentes.

Conducción:

Se da cuando existe un medio que transporte calor, por ejemplo el aire o un metal pueden conducir calor. Cuando calentamos una varilla de metal en un extremo, en corto tiempo la varilla se calienta, sin que el aire se caliente igual de rápido. Esto sucede porque los metales son buenos conductores de calor, y facilitan el intercambio de calor.

Existen materiales que son mejores conductores térmicos que otros. Los metales son mejores conductores térmicos que los gases y los líquidos.

En la construcción de maquinaria, la conductividad térmica es un parámetro fundamental a tener en cuenta en su diseño. El aire es un muy buen aislante térmico, es por ello que las neveras de plástico tienen un espacio vacío, en el cual hay aire que suple la existencia de un aislante.

La conductividad térmica se presenta porque las partículas que componen un medio, vibran con facilidad o dificultad cuando se les agrega calor. De esta forma el aislante térmico perfecto es el vacío, ya que en el no hay partículas que mover.

Convexión

En la convección el calor se transporta por que el material que está caliente se mueve a zonas de material más frío. Por ejemplo al calentar agua, el líquido que se encuentra depositado en el fondo de la olla se calienta y su densidad disminuye, de forma que este líquido caliente sube y lleva calor al líquido que se encuentra arriba, el cual se encuentra más frío, además el líquido frío baja a la parte más calientes y continua el proceso. Para que pueda darse este fenómeno es importante la existencia de la gravedad. En general para darse transporte de calor por convección es necesario que exista un flujo de material.

Radiación

Entre la tierra y el sol hay una enorme zona vacía. entonces ¿cómo hace el sol para calentar a la tierra?. Es por la radiación solar. Las ondas electromagnéticas transportan energía, y esta energía es repartida a la tierra. Esta es la principal fuente de energía en la tierra, y es la responsable de la existencia de la vida sobre la tierra.

Las ondas electromagnéticas viajan a 3 × 108m/s y se caracterizan por tener una longitud de onda (?) y una frecuencia (f). Las ondas electromagnéticas comprendidas entre 0.38 ?m (luz violeta) y 0.72 ?m (luz roja), constituye la región visible del espectro; por encima de la luz roja existe una porción denominada infrarroja, este es el lado del espectro de luz solar que produce en nosotros la sensación de calor, aunque en realidad lo que hace es aumentar la energía cinética de nuestra piel, y elevar su temperatura.

2 La capacidad calórica es la cantidad de calor suministrada al cuerpo para aumentar su temperatura un grado (por la escala elegida). ¿Cuál es la capacidad calórica de un cuerpo que incrementa su temperatura de 10°C a 13°C, cuando se le suministran 146 cal?

Su respuesta :

48,66 Cal/°C

Correcto!

3 El calor específico de un material se determina midiendo la temperatura final de equilibrio de la mezcla que se obtiene al colocar en un recipiente con agua una porción del material de calor específico conocido, calentando a mayor temperatura que el agua.

Se puede decir que el calor perdido por la porción de material, es igual al calor ganado por el agua más el calor perdido por el recipiente.

Su respuesta :

Falso

Correcto

4 Cuando nos levantamos temprano y ponemos un pie sobre la baldosa y otro sobre el tapete pensamos que este está tibio y la baldosa fria. Pero hace mucho tiempo que tapete y baldosa están en contacto, por tanto deben estar en equilibrio térmico. La razón que explica esta aparente contradicción es que el material de cual está hecha.

Su respuesta :

La baldosa es mejor conductor de calor que el material del cual está hecho el tapete, por lo que la baldosa no retiene la misma energía que el tapete.

correcto!

Fluidos

Los fluidos son sustancias que se pueden escurrir o fluir, mediante una aplicación apropiada de fuerzas. En términos generales podemos clasificar los fluidos en dos grandes grupos: líquidos y gases.

Los líquidos son prácticamente incompresibles, por lo que se puede considerar que su volumen es constante aunque su forma puede cambiar. Los gases son altamente compresibles, por lo cual no poseen un volumen característico. Sencillamente se expanden o se dilatan ocupando cualquier recipiente que los contenga.

A nivel microscópico la diferencia entre un sólido, un líquido y un gas se puede atribuir por completo a la interacción entre las fuerzas de atracción que existen entre los átomos, iones y moléculas individuales.

Principio de Pascal

Principio de Pascal.

Las propiedades de un fluido en equilibrio pueden expresarse por medio del principio de Pascal, enunciado por primera vez por Blaise Pascal (1623 - 1662) matemático y filosofo francés.

La presión aplicada a un fluido se transmite sin disminución alguna a todas las partes del fluido y a las paredes del recipiente que lo contiene.

Las fuerzas que actúan sobre una parte del fluido, se transmiten al interior del mismo y al recipiente que lo contiene. En este caso el embolo ejerce una fuerza F sobre el área determinada por el contacto entre el embolo y el fluido, esto define una presión. Esta presión es transmitida a todas las partes del fluido y a las paredes del recipiente.

Densidad

Los líquidos son prácticamente incompresibles, es decir que por grande que sea la presión ejercida sobre ellos, su cambio de volumen es mínimo.

La densidad ( ? ) de una masa homogénea se define como la relación entre su masa (m) y el volumen (V) ocupado por esta:

sus unidades son el kg/m3 o el g/cm3.

Para una masa no homogénea, la densidad de unas partes es diferente a la de otras y en general no es uniforme. Piense por ejemplo en una esponja llena de agua, la cual posee partes que contienen mayor cantidad de agua que otras.

Para este tipo de casos la densidad se define como,

en donde dm se refiere a la masa infinitesimal que ocupa un volumen dV.

Tensión superficial.

Tensión Superficial

La tensión superficial se puede definir como la tendencia que tiene un líquido a disminuir su superficie. Las moléculas dentro de un líquido actúan de tal forma que todas se unen entre si, de manera que en el interior de un líquido, si pudiéramos ver una molécula, observaríamos que todas las demás moléculas la atraen con igual fuerza, el resultado es que la fuerza total sobre la molécula es igual a cero.

Para una molécula que se encuentre en la superficie de un líquido tenemos que encima de ella no existe fuerza alguna, por lo cual hay una diferencia de fuerzas que hacen que en general la cantidad total del líquido tienda a ocupar la menor cantidad de volumen posible.

Cualquier cambio en la forma de la superficie implica la realización de una fuerza y un desplazamiento, lo que genera un trabajo. Para realizar este trabajo se debe invertir energía, por lo cual hay un cambio en la energía del sistema, en este caso un cambio en la energía de la gota.

La tensión superficial se define como la razón entre el cambio de la energía?E y el cambio en el área ?A:

La tensión superficial tiene unidades de J/m2.

Cuando un líquido entra en contacto con un sólido, aparece en las superficies de contacto una interacción, la cual se manifiesta como una adherencia entre las superficies. Cuando nos lavamos las manos con agua es difícil secarnos solamente con sacudirnos las manos, esto se debe a esa fuerza de adherencia. Esta fuerza depende de las sustancias que se encuentran en contacto.

Se debe tener especial cuidado en notar que la tensión superficial de una sustancia es constante, lo que cambia es la fuerza de adherencia cuando se coloca en contacto con otros materiales.

5 Las unidades del coeficiente de tensión superficial pueden ser :

Su respuesta :

Correcto

6 Si un cuerpo se comprime, es decir disminuye su volumen de forma isotermica, se puede decir que su densidad:

Su respuesta :

Aumenta

Correcto

GAS IDEAL

Tomado de wikipedia (http://es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_los_gases_ideales) 18 de julio 2009

La ley de los Gases Ideales

La ley de los gases ideales es la ecuación de estado del gas ideal, un gas hipotético formado por partículas puntuales, sin atracción ni repulsión entre ellas y cuyos choques son perfectamente elásticos (conservación de momento y energía cinética). Los gases reales que más se aproximan al comportamiento del gas ideal son los gases monoatómicos en condiciones de baja presión y alta temperatura.

Empíricamente, se observan una serie de relaciones entre la temperatura, la presión y el volumen que dan lugar a la ley de los gases ideales, deducida por primera vez por Émile Clapeyron en 1834.

La ecuación de estado del Gas Ideal

La ecuación que describe normalmente la relación entre la presión, el volumen, la temperatura y la cantidad (en moles) de un gas ideal es:

Donde:

= Presión.

= Volumen.

= Moles de gas.

= Constante universal de los gases ideales .

= Temperatura en Kelvin.

Partiendo de la anterior ecuación de estado:

Tenemos que:

Donde R es la constante universal de los gases ideales, luego para dos estados del mismo gas, 1 y 2:

Para una misma masa gaseosa (por tanto, el número de moles «n» es constante), podemos afirmar que existe una constante directamente proporcional a la presión y volumen del gas, e inversamente proporcional a su temperatura.

Ley de Boyle-Mariotte

También llamado proceso isotérmico. Afirma que, a temperatura y cantidad de materia constante, el volumen de un gas es inversamente proporcional a su presión:

(n, T ctes.)

Leyes de Charles y Gay-Lussac

En 1802, Louis Gay Lussac publica los resultados de sus experimentos, basados en los que Jacques Charles hizo en el 1787. Se considera así al proceso isobárico para la Ley de Charles, y al isocoro (o isostérico) para la ley de Gay Lussac.

Proceso isobaro (de Charles)

(n, P ctes.)

7 Es cierto que el se puede aumentar el volumen de un gas sin calentarlo.

Su respuesta :

Verdadero

Correcto! Si no calentamos el gas, la temperatura permanece constante. Boyle_Mariotte estudió el comportamiento de los gases a temperatura constante hallando una relación entre la presión que se ejerce y el volumen que ocupa: PV = constante.

Por tanto, podemos aumentar el volumen de un gas disminuyendo la presión.

8 La presión del aire en las ruedas de un carro es de 18 N/cm2 cuando su temperatura es 20°C. ¿Cuál es la presión si en el transcurso de un viaje las ruedas alcanzan una temperatura de 45°C?

Su respuesta :

La presión alcanzada es 19,5N/cm2

Correcto!

9 En un proceso isotérmico de una cantidad fija de gas, el volumen aumenta al doble, entonces:

Su respuesta :

La presión disminuye dos veces

Correcto

10 En el proceso isocoro, la temperatura aumenta al doble entonces:

Su respuesta :

La presión aumenta al doble

Correcto