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CALOR Y TEMPERATURA
Concepto de Calor y Temperatura
El calor es el contenido energético que posee un cuerpo en forma de energía cinética debido al movimiento desordenado de sus moléculas
El calor fluye de los cuerpos que se encuentran a mayor temperatura a los de menor temperatura.
La temperatura es una medida del calor o energía cinética media de las partículas de una sustancia.
Para que haya flujo calórico se requiere una diferencia de temperatura. El cuerpo que recibe calor aumenta su temperatura, el que cede calor disminuye su temperatura. Entonces, calor y temperatura está directamente relacionados
Depende de: Su masa, ya que cuantas más partículas haya
en movimiento, mayor será la energía de todas ellas.
Su temperatura, que determina la mayor o menor rapidez de movimiento de las partículas.
Su calor específico, determinado por la naturaleza de la sustancia.
Cantidad de Calor
La Temperatura es independiente de la masa de un cuerpo.
Determina el sentido en que tienen lugar los intercambios caloríficos entre los cuerpos.
Cuando dos cuerpos se ponen en contacto, la energía calórica fluye del que tiene mayor temperatura al que tiene menos, y no del que posee más cantidad de calor al que tiene menos.
Temperatura de un Cuerpo
Ejemplo de Calor y Temperatura
1 mg0.09 cal90º C
1 g90 cal90º C 1 Kg
90.000 cal90º C
Unidades de Temperatura
Para expresar numéricamente la temperatura de un cuerpo se toman dos situaciones físicas conocidas y reproducibles (P.ej.: Congelación y Ebullición del agua destilada, medidas a una atmósfera de presión) a cuyas temperaturas se asignan números arbitrarios.
Con estos dos valores fijos se han
establecido, entre otras, las unidades en grados Celsius, Fahrenheit y Absoluta o Kelvin
Escalas de temperatura
Celsius: 0º y 100º C
Fahrenheit: 32 º y 212º F
Absoluta o Kelvin: 273º y 373º K
Escalas de temperatura
(°C x 9/5) + 32 = °F
(10ºC x 9/5) + 32 = 50 °F (°F – 32) x 5/9 = °C
(50°F – 32) x 5/9 = 10°C
Conversión de Escalas
Calor Sensible y Calor Latente Calor Sensible es el estado calórico cuya
variación de nivel puede determinarse mediante un termómetro, que es sensible a ella.
Calor latente es aquel que agregado o sustraído a una sustancia no origina cambio de temperatura. Ocurre en los cambios de estado (Ej. Ebullición del agua a 100 º C), y se consume en la acción de transformación física.
Calor Sensible y Calor Latente
Calor Absorbido o Cedido por un Cuerpo
Depende de tres factores:
La masa del cuerpo que se caliente o enfríe.
La naturaleza del cuerpo.
La variación de temperatura que se desea conseguir.
Cálculo Matemático del Calor Sensible
Q = C. Esp. x m x (Tº f – Tº i )
Q es la cantidad de calor entregada o recibida por un cuerpo (Kcal)
m es la masa del cuerpo (Kg) Ce es el calor específico de la sustancia
(Kcal/Kg.°C) T ° i es la temperatura inicial del cuerpo (°C) T ° f es la temperatura final del cuerpo (°C)
Ejemplos del Calor Específico
Sustancia Cal /g ºC
Aluminio 0,212
Cobre 0,093
Hierro 0,113
Mercurio 0,033
Plata 0,060
Latón 0,094
Agua de mar 0,945
Vidrio 0,199
Arena 0,20
Hielo 0,55
Agua 1,00
Alcohol 0,58
Lana de vidrio 0,00009
Aire 0,0000053
Ejemplos de Calor Latente
Cuerpos
Fusión Vaporización
Temperatura[ºC]
Calor Latente [Kcal/Kg]
Temperatura[ºC]
Calor Latente [Kcal/Kg]
Alcohol -114 25 78 201
Plata 960 25 1950 520
Cobre 1083 50 2330 1110
Agua 0 80 100 580
Fundición 1100 34 100 531
Mercurio -39 2,8 357 72
Plomo 327 5,7 1730 220
Carbono 3540 5,7 4000 12000
TEMPERATURA DEL SUELO
Flujo calórico El suelo se calienta al recibir la radiación solar, que
es transformada por un flujo de calor al que llamamos B (Cal/cm2 x seg)
El calor se traslada desde la superficie hacia la profundidad, y viceversa, siguiendo los gradientes térmicos.
Flujo de calor B d
ist.
El Flujo Calórico es proporcional a:
En forma directa, a la diferencia de temperatura.
En forma inversa, a la distancia.
La proporcionalidad está dada por el Coeficiente de Conductibilidad Calórica).
El Coeficiente Expresa la cantidad o flujo de calor que circula
por un cubo de 1 cm. de arista cuando la diferencia entre sus caras es 1 º C y en el tiempo de un segundo.
Representa la capacidad de conducir el calor de una sustancia, o de una mezcla de sustancias.
= Cal/cm x seg x º C o W/m x ºK
Temperatura del Suelo
Primera Ley de ANGOT: La amplitud de las temperaturas máximas y mínimas decrece geométricamente a medida que la profundidad aumenta aritméticamente.
Segunda Ley de ANGOT:
El atraso en el registro de las temperaturas máximas y mínimas es proporcional a la profundidad.
Marcha Anual de la Temperatura del Suelo
Prof
(m)
TEMPERATURA DEL SUELO (OBSERVATORIO CENTRAL BUENOS AIRES)
0.05 25.7 24.9 22.4 17.4 14.5 12.1 10.4 11.3 13.8 17.3 20.7 24.8
1.00 22.8 23.9 23.5 20.5 18.0 16.4 14.6 14.0 14.5 16.8 18.9 21.6
5.00 17.8 18.0 18.4 19.3 19.0 18.9 18.6 18.2 17.9 17.6 17.6 18.3
10.0 18.3 18.3 18.3 18.3 18.2 18.2 18.2 18.3 18.3 18.3 18.3 18.3
TEMPERATURA DEL AIRE
Transferencia de Calor en el Aire (procesos de calentamiento y enfriamiento
de la atmósfera)
Con adición de calor: Radiación, Conducción, Convección,
Advección y Turbulencia
Sin adición de calor Procesos adiabáticos
Con Adición de Calor Radiación :
Poco importante. Sólo un 7% de la energía del Sol es absorbida en la atmósfera.
Conducción: Transferencia de energía de molécula a molécula, lenta y poco eficiente, pero la única posible entre sólidos y dentro de ellos.
Convección: Movimiento vertical ordenado, producido por diferencias de temperatura que producen variación de densidad del aire.
Con Adición de Calor (Cont.)
Advección: Movimiento horizontal ordenado, conocido como brisa.
Turbulencia: Movimiento desordenado en todos sentidos, de gran magnitud de masas.
Evaporación y Condensación: Los calores latentes de vaporización y condensación del agua (580 cal/g) mueven enormes cantidades de energía en lugares muy alejados entre sí.
Procesos de Transferencia de Calor en el Aire
Capa Límite
Advección
Advección
TurbulenciaConvección
Radiación terrestre Conducción
Radiación solar
Gradiente Diurno
Gradiente Nocturno
Temperaturas máximas y mínimas diarias