TEORÍAS SOBRE LA NATURALEZA DEL CALOR
Representa la cantidad de energía que un
cuerpo transfiere a otro como consecuencia de una diferencia de temperatura
entre ambos. El tipo de energía que se pone en juego en los fenómenos
caloríficos se denomina energía térmica. El carácter energético del calor lleva
consigo la posibilidad de transformarlo en trabajo mecánico. Sin embargo, la
naturaleza impone ciertas limitaciones a este tipo de conversión, lo cual hace
que sólo una fracción del calor disponible sea aprovechable en forma de trabajo
útil.
Las ideas acerca de la naturaleza del calor
han variado apreciable-mente en los dos últimos siglos. La teoría del calórico o
fluido tenue que situado en los poros o intersticios de la materia pasaba de
los cuerpos calientes en los que supuesta mente se hallaba en mayor cantidad a
los cuerpos fríos, había ocupado un lugar destacado en la Física desde la época
de los filósofos griegos. Sin embargo, y habiendo alcanzado a finales del siglo
XVIII su pleno apogeo, fue perdiendo credibilidad al no poder explicar los resultados
de los experimentos que científicos tales como Benjamín Thomson (1753-1814) o
Humphrey Davy (1778-1829) realizaron.
Una vieja idea tímidamente aceptada por sabios
del siglo XVII como Galileo Galilei o Robert Boyle resurgió de nuevo. El propio
Thompson , según sus propias palabras, aceptó la vuelta a aquellas «viejas
doctrinas que sostienen que el calor no es otra cosa que un movimiento
vibratorio de las partículas del cuerpo».
Las experiencias de Joule (1818-1889) y Mayer
(1814-1878) sobre la conservación de la energía, apuntaban hacia el calor como
una forma más de energía. El calor no sólo era capaz de aumentar la temperatura
o modificar el estado físico de los cuerpos, sino que además podía moverlos y
realizar un trabajo.
Las máquinas de vapor que tan espectacular
desarrollo tuvieron a finales del siglo XVIII y comienzos del XIX eran buenos
muestra de ello. Desde entonces las nociones de calor y energía quedaron unidas
y el progreso de la Física permitió, a mediados del siglo pasado, encontrar una
explicación detallada para la naturaleza de esa nueva forma de energía, que se
pone de manifiesto en los fenómenos caloríficos.
CALOR Y TEMPERATURA
La relación es que la temperatura mide la concentración
de energía o de velocidad promedio de las partículas y el calor energía térmica
en transito.
Para una mejor explicación de esta relación lo
mostraremos con un ejemplo: si ponemos un recipiente con agua representa la
cantidad de calor que un cuerpo cede o absorbe en un instante dado, el nivel
que ésta alcanza representa su temperatura. Si la cantidad de agua, sube el
nivel, esto es, si aumenta la cantidad de calor que posee el cuerpo, aumenta
también su temperatura.
EJEMPLO :
se nota cuando encendemos un
fósforo, se logra una alta temperatura pero bajo contenido calórico.
Una olla con 10 litros de agua tibia tiene
baja temperatura y un gran contenido calórico.
La temperatura es independiente de la cantidad
de sustancia, el calor en cambio depende de la masa, de la temperatura y del
tipo de sustancia.
http://genesis.uag.mx/edmedia/material/fisicaII/calor.cfm
RELACIÓN ENTRE CALOR Y TEMPERATURA
Para elevar la temperatura de los cuerpos hay que suministrarles calor, según la fórmula
Q = mc DT, en donde
m = la masa del cuerpo
c = el calor específico del cuerpo
DT = la diferencia de temperaturas
El calor específico (c) de un cuerpo es la cantidad de calor necesaria para elevar en un grado Celsius la temperatura de un kilogramo de la sustancia. Mientras más elevado sea el calor específico, menos conductor será el material.
He aquí una tabla con algunos calores específicos:
Sustancia
|
c, calor específico en J/(kg Co)
|
plata
|
230
|
alcohol etílico
|
2400
|
vidrio
|
840
|
agua
|
4186
|
hierro
|
450
|
vapor de agua
|
2010
|
mármol
|
860
|
madera
|
1700
|
hielo
|
2100
|
Al elevarse la temperatura de un cuerpo en estado sólido, éste pasa en general por varias etapas:
1) sólido
2) fusión: de sólido a líquido
3) líquido
4) vaporización: de líquido a vapor
5) vapor
Al experimentar la fusión o la vaporización, los materiales requieren una determinada cantidad de calor llamada calor de fusión o calor de vaporización.
He aquí una tabla con calores de fusión y de vaporización:
Sustancia
|
Punto de
fusión
(oC)
|
Calor de
fusión
(J/kg)
|
Punto de
ebullición (oC)
|
Calor de
vaporización
(J/kg)
|
alcohol etílico
|
–114
|
104,000
|
78
|
850,000
|
agua
|
0
|
333,000
|
100
|
2,260,000
|
hierro
|
1808
|
289,000
|
3023
|
6,340,000
|
plata
|
961
|
88,000
|
2193
|
2,300,000
|
Los siguientes ejemplos muestran cómo se calcula la cantidad de calor necesaria para efectuar estos cambios.
Ejemplo A: ¿Cuánto calor se necesita para elevar la temperatura de 20 kg de hierro de 10 oC hasta 90 oC?
Solución: Q = (20)(450)(90 – 10) = 720,000 Joules
Ejemplo B: ¿Cuánto calor se necesita para elevar la temperatura de 2 kg de hielo de –3 oC hasta formar agua a 25 oC?
Solución:
Q = calor en etapa sólida + calor de fusión + calor de etapa líquida
= (2)(2100, del hielo)(0 – –3) + (2)(333,000) + (2)(4186, del agua)(25 – 0)
= 12,600 + 666,000 + 209,300
= 887,900 Joules
EJERCICIOS
EJERCICIOS
1) ¿Qué es el calor?
a) la temperatura
b) energía de radiación
c) energía que se transfiere por diferencia de temperaturas
d) un fluido que se transfiere de un lado a otro por diferencia de temperaturas
2) ¿Cuál de los siguientes procesos no es una forma de transferir calor?
a) conducción
b) transmisión
c) convección
d) radiación
3) ¿Cómo transfieren calor los metales? Por...
a) conducción
b) transmisión
c) convección
d) radiación
4) ¿Cómo transmite calor el Sol? Por...
a) conducción
b) transmisión
c) convección
d) radiación
5) Cómo transmite calor el aire? Por...
a) conducción
b) transmisión
c) convección
d) radiación
6) ¿Cuánto calor es necesario para fundir 300 gramos de plata a partir de la temperatura ambiente, 25 oC? (Q = calor en etapa sólida + calor de fusión)
a) 90,784
b) 90,884
c) 90,984
d) 91,084
MEDIDA DE LA TEMPERATURA
Escalas termométricas
En todo cuerpo material la variación de la temperatura va acompañada de la correspondiente variación de otras propiedades medibles, de modo que a cada valor de aquélla le corresponde un solo valor de ésta. Tal es el caso de la longitud de una varilla metálica, de la resistencia eléctrica de un metal, de la presión de un gas, del volumen de un líquido, etc. Estas magnitudes cuya variación está ligada a la de la temperatura se denominan propiedades termométricas, porque pueden ser empleadas en la construcción de termómetros.
Para definir una escala de temperaturas es necesario elegir una propiedad termométrica que reúna las siguientes condiciones:
- La expresión matemática de la relación entre la propiedad y la temperatura debe ser conocida.
- La propiedad termométrica debe ser lo bastante sensible a las variaciones de temperatura como para poder detectar, con una precisión aceptable, pequeños cambios térmicos.
- El rango de temperatura accesible debe ser suficientemente grande.
Escala Celsius
Una vez que la propiedad termométrica ha sido elegida, la elaboración de una escala termométrica o de temperaturas lleva consigo, al menos, dos operaciones; por una parte, la determinación de los puntos fijos o temperaturas de referencia que permanecen constantes en la naturaleza y, por otra, la división del intervalo de temperaturas correspondiente a tales puntos fijos en unidades o grados.
El científico sueco Anders Celsius (1701-1744) construyó por primera vez la escala termométrica que lleva su nombre. Eligió como puntos fijos el de fusión del hielo y el de ebullición del agua, tras advertir que las temperaturas a las que se verificaban tales cambios de estado eran constantes a la presión atmosférica. Asignó al primero el valor 0 y al segundo el valor 100, con lo cual fijó el valor del grado centígrado o grado Celsius (ºC) como la centésima parte del intervalo de temperatura comprendido entre esos dos puntos fijos.
Escala Fahrenheit
En los países anglosajones se pueden encontrar aún termómetros graduados en grado Fahrenheit (ºF). La escala Fahrenheit difiere de la Celsius tanto en los valores asignados a los puntos fijos, como en el tamaño de los grados. Así al primer punto fijo se le atribuye el valor 32 y al segundo el valor 212. Para pasar de una a otra escala es preciso emplear la ecuación:
t(ºF) = 1,8 · t(ºC) + 32
donde t(ºF) representa la temperatura expresada en grados Fahrenheit y t(ºC) la expresada en grados Celsius o centígrados.
Escala Kelvin
La escala de temperaturas adoptada por el SI es la llamada escala absoluta o Kelvin. En ella el tamaño de los grados es el mismo que en la Celsius, pero el cero de la escala se fija en el - 273,16 ºC. Este punto llamado cero absoluto de temperaturas es tal que a dicha temperatura desaparece la agitación molecular, por lo que, según el significado que la teoría cinética atribuye a la magnitud temperatura, no tiene sentido hablar de valores inferiores a él. El cero absoluto constituye un límite inferior natural de temperaturas, lo que hace que en la escala Kelvin no existan temperaturas bajo cero (negativas). La relación con la escala centígrada viene dada por la ecuación:
T(K) = t(ºC) + 273,16
siendo T(K) la temperatura expresada en grados Kelvin o simplemente en Kelvin.
Dilatación y termometría
El hecho de que las dimensiones de los cuerpos, por lo general, aumenten regularmente con la temperatura, ha dado lugar a la utilización de tales dimensiones como propiedades termométricas y constituyen el fundamento de la mayor parte de los termómetros ordinarios. Los termómetros de líquidos, como los de alcohol coloreado empleados en meteorología o los de mercurio, de uso clínico, se basan en el fenómeno de la dilatación y emplean como propiedad termométrica el volumen del líquido correspondiente.
La longitud de una varilla o de un hilo metálico puede utilizarse, asimismo, como propiedad termométrica. Su ley de variación con la temperatura para rangos no muy amplios (de 0º a 100 ºC) es del tipo:
lt =l0 (1 + a–t)
donde lt representa el valor de la longitud a t grados centígrados, l0 el valor a cero grados y es un parámetro o constante característica de la sustancia que se denomina coeficiente de dilatación lineal. La ecuación anterior permite establecer una correspondencia entre las magnitudes longitud y temperatura, de tal modo que midiendo aquélla pueda determinarse ésta.
Una aplicación termométrica del fenómeno de dilatación en sólidos lo constituye eltermómetro metálico. Está formado por una lámina bimetálica de materiales de diferentes coeficientes de dilatación lineal que se consigue soldando dos láminas de metales tales como latón y acero, de igual longitud a 0 ºC. Cuando la temperatura aumenta o disminuye respecto del valor inicial, su diferente da lugar a que una de las láminas se dilate más que la otra, con lo que el conjunto se curva en un sentido o en otro según que la temperatura medida sea mayor o menor que la inicial de referencia. Además, la desviación es tanto mayor cuanto mayor es la diferencia de temperaturas respecto de 0 ºC. Si se añade una aguja indicadora al sistema, de modo que pueda moverse sobre una escala graduada y calibrada con el auxilio de otro termómetro de referencia, se tiene un termómetro metálico.
Otras propiedades termométricas
Algunas magnitudes físicas relacionadas con la electricidad varían con la temperatura siguiendo una ley conocida, lo que hace posible su utilización como propiedades termométricas. Tal es el caso de la resistencia eléctrica de los metales cuya ley de variación con la temperatura es del tipo:
R = R0 (1 + at + bt2)
siendo R0 el valor de la temperatura a 0 ºC y a y b dos constantes características que pueden ser determinadas experimentalmente a partir de medidas de R para temperaturas conocidas y correspondientes a otros tantos puntos fijos.
Conocidos todos los parámetros de la anterior ecuación, la medida de temperaturas queda reducida a otra de resistencias sobre una escala calibrada al efecto. Los termómetros de resistencia emplean normalmente un hilo de platino como sensor de temperaturas y poseen un amplio rango de medidas que va desde los -200 ºC hasta los 1 200 ºC.
Los termómetros de termistores constituyen una variante de los de resistencia. Emplean resistencias fabricadas con semiconductores que tienen la propiedad de que su resistencia disminuye en vez de aumentar con la temperatura (termistores). Este tipo de termómetros permiten obtener medidas casi instantáneas de la temperatura del cuerpo con el que están en contacto.
Aplicación de las escalas termométricas
La relación existente entre las escalas termométricas más empleadas permite expresar una misma temperatura en diferentes formas, esto es, con resultados numéricos y con unidades de medida distintas. Se trata, en lo que sigue, de aplicar las ecuaciones de conversión entre escalas para determinar la temperatura en grados centígrados y en grados Fahrenheit de un cuerpo, cuyo valor en Kelvin es de 77 K.
Para la conversión de K en ºC se emplea la ecuación
t(ºC) = T(K) - 273
es decir:
t(ºC) = 77 - 273 = - 196 ºC
Para la conversión en ºF se emplea la ecuación:
t(ºF) = 1,8 · t(ºC) + 32
t(ºF) = 1,8 · (- 196) + 32 = - 320,8 ºF
DILATACIÓN
DILATACIÓN TÉRMICA : De una forma general,
cuando aumentamos la temperatura de un cuerpo (sólido o líquido), aumentamos la
agitación de las partículas que forman ese cuerpo. Esto causa un alejamiento
entre las partículas, resultando en un aumento en las dimensiones del cuerpo
(dilatación térmica). Por otra parte, una disminución en la temperatura de un
cuerpo, acarrea una reducción en sus dimensiones (construcción térmica).
EJEMPLOS:
EJEMPLOS:
1. el mercurio contenido en un termómetro . se contrae o dilata
2.las ruedas coches , el aire que contiene si aumenta mucho la temperatura ganan presión
3.las puertas de una casa. dependiendo de la temperatura dilatan un poco y se nota al cerrar que queda muy justa .
4.vaso al que echamos agua hirviendo rápidamente, puede estallar , esto se debe a que las paredes interiores que están en contacto con el agua dilatan y la exterior . no le da tiempo.
3.las puertas de una casa. dependiendo de la temperatura dilatan un poco y se nota al cerrar que queda muy justa .
4.vaso al que echamos agua hirviendo rápidamente, puede estallar , esto se debe a que las paredes interiores que están en contacto con el agua dilatan y la exterior . no le da tiempo.
DILATACIÓN LINEAL: Más allá que la dilatación
de un sólido suceda en todas las dimensiones, puede predominar la dilatación de
apenas una de sus dimensiones sobre las demás. O aún, podemos estar interesados
en una única dimensión del sólido. En este caso, tenemos la dilatación lineal
(DL).
EJEMPLOS:
EJEMPLOS:
un amplio rango de temperaturas, que el cambio de longitudes
Δl , es proporcional al cambio de temperatura Δt y
a la longitud l, de tal manera que podemos escribir:
Δl =α lΔt , donde α es el coeficiente de
expansión lineal. Este coeficiente tiene diferentes
valores para los diferentes materiales y tiene por
unidad l/grado.
O bien,
Δt/l=a Δ t
para encontrar la longitud final después de un cambio de temperatura Δt , escribimos
dl /l=α dt, e integraremos considerando la longitud l para t=t1
y l' para t=t2, siendo t2-ti=Δ t.
y l' para t=t2, siendo t2-ti=Δ t.
DILATACIÓN SUPERFICIAL :La dilatación superficial corresponde a la variación del área de una placa, cuando sometida a una variación de temperatura. Las figuras a continuación, representan una placa rectangular a temperatura To a temperatura T >To.
DILATACIÓN DE LOS LÍQUIDOS :Los sólidos tienen forma propia y volumen definido, pero los líquidos
tienen solamente volumen definido. Así, el estudio de la dilatación térmica de
los líquidos es realizado solamente en relación a la dilatación volumétrica.
Esta obedece a una ley idéntica a la dilatación volumétrica de un sólido o sea,
la dilatación volumétrica de un líquido podrá ser calculada por las mismas
fórmulas de la dilatación volumétrica de los sólidos.
Veamos en esta tabla, el coeficiente de dilatación de algunos líquidos,
medidos en GRADOS CENTIGRADOS
|
Agua 1,3 . 10-4
|
|
Mercurio 1,8 . 10-4
|
|
Glicerina 4,9 . 10-4
|
|
Benceno 10,6 . 10-4
|
|
Alcohol 11,2 . 10-4
|
|
Acetona 14,9 . 10-4
|
|
Petróleo 10 . 10-4
|
Dilatación del Agua
En países donde los inviernos son rigurosos, muchas personas dejan sus
grifos goteando para no permitir que el agua contenida en el sistema de
cañerías se congele, debido al pequeño flujo de agua que gotea y evitar que
explote la instalación sanitaria.
De la misma forma, en las laderas rocosas de estos países, con la
llegada del invierno, las aguas que se infiltran en las rajaduras de la
roca se congelan y aumentan su volumen, provocando los desmoronamientos.
En regla general, al elevar la temperatura de una sustancia, se verifica
una dilatación térmica.
En tanto, el agua al ser calentada desde 0 ºC a 4 ºC, se contrae
constituyéndose una excepción al caso general. Este fenómeno puede ser aplicado
de la siguiente forma:
En estado sólido, los átomos de oxígeno, que son muy electronegativos,
se unen
Cuando el agua es calentada de 0 ºC a 4 ºC, los puentes de hidrógeno se
rompen y las moléculas pasan a ocupar los vacíos existentes, provocando así una
contracción. Por tanto, en el intervalo 0 ºC a 4 ºC,, ocurre excepcional mente una disminución de volumen. Pero de 4 ºC a 100 ºC, el agua se dilata
normalmente.
Los diagramas a continuación ilustran el comportamiento del volumen y de
la densidad en función de la temperatura.
Entonces, a 4 ºC, se tiene el menor volumen para el agua y
consecuentemente, la mayor densidad del agua en el estado líquido.
Observación:
La densidad del agua en el estado sólido (hielo) es menor que la
densidad del agua en el estado líquido.
http://fisica.laguia2000.com/conceptos-basicos/dilatacion-termica
DILATACIÓN CUBICA :
En los sólidos, cuando predominan sus tres dimensiones como
el largo, ancho y altura, siendo un prisma, una esfera, un cubo, etc, al
exponerse a la acción del calor habrá un incremento o variación en el volumen (ΔV) se denomina dilatación cúbica o volumétrica. Para calcular el
volumen final (Vf) en un sólido la fórmula será:DILATACIÓN CUBICA :
Vf = Vi .(1 + γ .
ΔT)
El coeficiente de dilatación cúbica ( γ) resulta al ser el triple del valor del coeficiente de dilatación
lineal (α) para cada una de las sustancias, porque al
tratarse de tres dimensiones largo, ancho y altura, el cálculo .
γ = 3 .α
CALORIMETRIA
La Calorimetría es la parte de la física que se encarga de medir la cantidad de calor generada en ciertos procesos físicos o químicos.
El aparato que se encarga de medir esas cantidades es el calorímetro. Consta de un termómetro que esta en contacto con el medio que esta midiendo. En el cual se encuentran las sustancias que dan y reciben calor. Las paredes deben estar lo más aisladas posible ya que hay que evitar al máximo el intercambio de calor con el exterior. De lo contrario las mediciones serían totalmente erróneas.
También hay una varilla como agitador para mezclar bien antes de comenzar a medir. Básicamente hay dos tipos de calorímetros. Los que trabajan a volumen constante y los de presión constante.
La cantidad de calor que recibe o transmite un cuerpo esta determinada por la siguiente fórmula:
Q = m x Ce x (Tf – Ti)
Donde Q es el calor, m es la masa del cuerpo, Ce es el calor específico del cuerpo, que esta determinada por el material que lo compone. Y la variación de temperatura se representa por la diferencia entre Tf y Ti (temperatura final e inicial).
Cuando un cuerpo transmite el calor hay otro que lo recibe. Este es el principio del calorímetro. Ya que el termómetro determinara la temperatura final o también llamada de equilibrio. El líquido más usado es el agua que actúa como receptor de las calorías que transmite el cuerpo. El calor específico del agua es de 1cal /grs °C. Cuando el agua hierve o se congela este valor cambia a otros. Pero por ahora daremos ejemplos mientras este como agua líquida. Las unidades pueden variar. A veces podemos ver otras unidades como J/grs°C donde J es el joule en lugar de caloría. Ambas son unidades en las que se mide el calor.
Por ejemplo, si introducimos un trozo de cobre de 60 gramos a 100°C en 260 ml de agua a 18°C y tenemos que determinar la temperatura final del equilibrio podemos calcularla de la siguiente manera:
El calor que cede del cobre será igual al calor que recibe el agua. Por lo tanto:
- Q Cu = + Q H2O
El signo menos se le coloca al que desprende calor y el signo más al que absorve.
- masa Cu x Cecu x (Tf – 100°C) = masa H2O x CeH2O x (Tf – 18°C)
- 60
Solo queda despejar la Tf.
-5.58 cal/°C x (Tf – 100°C) = 260 cal/°C x (Tf – 18°C)
Aplicamos la propiedad distributiva:
-5.58 cal/°C Tf + 558 cal = 260 cal/°C Tf – 4680 cal
558 cal + 4680 cal = 260 cal/°C Tf + 5.58 cal/°C Tf
5238 cal = 265.58 cal/°C Tf
5238
19.72°C = Tf
En otros problemas a veces nos piden averiguar el calor específico de un cierto material. Por ejemplo:
Se introducen 20 gramos de aluminio a 90°C dentro de un calorímetro donde hay 106 grs de agua a 38°C. La temperatura final del equilibrio es de 40°C. Se desea saber el calor específico del aluminio.
El calor entragado por el cuerpo mas caliente (Aluminio) es igual al calor recibido por el mas frio (agua).
- Q aluminio = + Q agua
- masa Al x CeAl x (Tf – Ti) = masa agua x Ce agua x (Tf – Ti)
- 20 grs x CeAl x (40°C – 90°C) = 106
- 20 grs x (-50°C) x CeAl = 106 cal/
1000 grs °C x CeAl = 212 cal
Ce Al = 212 cal / 1000 grs °C
CeAl = 0,212 cal/grs°C
En otros el calorímetro participa. Por ejemplo:
Se introducen 30 grs de Aluminio a 120°C en un calorímetro de cobre de 360 grs donde hay 200 grs de agua a 20°C. Calcular la temperatura final del equilibrio.
El calor que pierde el aluminio es igual al que gana el calorímetro y el agua.
- QAl = + Q agua + Q calorímetro
- 30 grs x 0,212 cal/gr°C x (Tf – 120°C) = 200grs x 1 cal/gr°C x (Tf – 20°C) + 360 grs x 0,093 cal/gr°C x (Tf – 20°C)
6,36 cal/°C Tf + 763,2 cal = 200 cal/°C Tf - 4000 cal + 33,48 cal/°C Tf - 669,6 cal
6,36 cal/°C Tf - 200 cal/°C Tf - 33,48 cal/°C Tf = – 4000 cal – 669,6 cal – 763,2 cal
-227,12cal/°C Tf = – 5432,8 cal
Tf = – 5432,8 cal / – 227,12 cal/°C
Tf = + 23,92 °C
PROBLEMAS CALORIMETRIA
Ejemplo 1.- 100 g de una aleación de oro y cobre, a la temperatura de 75.5ºC se introducen en un
calorímetro con 502 g de agua a 25ºC, la temperatura del equilibrio es de 25.5ºC.
Calcular la
composición de la aleación sabiendo que los calores específicos del oro y del cobre son 130 J/kg ºC y
397 J/kg ºC respectivamente.
Tenemos una mezcla de una aleación de oro y cobre y una determinada cantidad de agua
contenida en un calorímetro, por lo tanto, debemos usar la expresión según la cual en una mezcla:
Q Q abs ced =
En este caso lo que cede calor es lo que inicialmente se encontraba a mayor temperatura, esto
es, la aleación. Este calor cedido está compuesto por dos calores diferentes, que son los
correspondientes a la masa de oro y cobre de la aleación respectivamente, es decir:
Q m c T T m c T T ced Au Au Au f Cu Cu Cu f = − + − ( 0, 0, ) ( )
Por otro lado, el calor absorbido será el calor que absorben los 502 gramos de agua cuando
pasar desde una temperatura inicial de 25 ºC a la temperatura final de la mezcla, que es de 25,5 º C.
Q m c T T abs Agua Agua f Agua = − ( 0, )
Igualando estas dos expresiones obtenemos la siguiente ecuación:
( ) ( ) ( )
( ) ( ) ( )
0, 0, 0,
130· 75,5 25,5 397· 75,5 25,5 0,502·4180 25,5 25
Au Au Au f Cu Cu Cu f Agua Agua f Agua
Au Cu
m c T T m c T T m c T T
m m
− + − = −
− + − = −
De donde sacamos la ecuación:
6565 19850 1049,18 m m Au Cu + =
Esta es una ecuación con 2 incógnitas que no podemos resolver, a menos que podamos sacar
otra ecuación que nos forme un sistema. La otra ecuación la sacaremos de la condición que nos da el
problema de que la aleación pesa 100 gramos, es decir, que la masa de cobre más la masa de oro son
100 gramos, lo cual, junto con la ecuación anterior forma el siguiente sistema de dos ecuaciones con
dos incógnitas:
6565 19850 1049,18
0,1
Au Cu
Au Cu
m m
m m
+ =
+ =
Cuya resolución nos da un valor de:
0,08 mAu = Kg
0,02 mCu = Kg
UNIDADES DE LA CANTIDAD DE CALOR
El calor es posible definir lo como energía
transferida entre dos cuerpos o sistemas, se puede asociar al movimiento de los
átomos, moléculas y otras partículas que forman la materia. El calor puede ser
generado por reacciones químicas (como en la combustión), reacciones nucleares
(como en la fusión nuclear de los átomos de hidrógeno que tienen lugar en el
interior del Sol), disipación electromagnética (como en los hornos de
microondas) o por disipación mecánica (fricción). Su concepto está ligado al
Principio Cero de la Termodinámica, según el cual dos cuerpos en contacto
intercambian energía hasta que su temperatura se equilibre.
La cantidad de energía térmica intercambiada se mide en calorías, que es la cantidad de energía que hay que suministrar a un gramo de agua para elevar su temperatura de 14,5 a 15,5 grados celsius. El múltiplo más utilizado es la kilo caloría (kcal):
1 kcal = 1000 cal
De aquí se puede deducir el concepto calor específico de una sustancia, que se define como la energía necesaria para elevar la temperatura de un gramo de dicha sustancia un grado celsio , o bien el concepto capacidad calorífica, análogo al anterior pero para una masa de un mol de sustancia (en este caso es necesario conocer la estructura química de la misma).
Joule, tras múltiples experimentaciones en las que el movimiento de unas palas, impulsadas.por un juego de pesas, se movían en el interior de un recipiente con agua, estableció el equivalente mecánico del calor, determinando el incremento de temperatura que se producía en el fluido como consecuencia de los rozamientos producidos por la agitación de las palas:
1 cal = 4.184 J
El joule (J) es la unidad de energía en el Sistema Internacional de Unidades, (S.I.).
El BTU, (o unidad térmica británica) es una medida para el calor muy usada en Estados Unidos y en muchos otros países de América. Se define como la cantidad de calor que se debe agregar a una libra de agua para aumentar su temperatura en un grado Fahrenheit, y equivale a 252 calorías
La cantidad de energía térmica intercambiada se mide en calorías, que es la cantidad de energía que hay que suministrar a un gramo de agua para elevar su temperatura de 14,5 a 15,5 grados celsius. El múltiplo más utilizado es la kilo caloría (kcal):
1 kcal = 1000 cal
De aquí se puede deducir el concepto calor específico de una sustancia, que se define como la energía necesaria para elevar la temperatura de un gramo de dicha sustancia un grado celsio , o bien el concepto capacidad calorífica, análogo al anterior pero para una masa de un mol de sustancia (en este caso es necesario conocer la estructura química de la misma).
Joule, tras múltiples experimentaciones en las que el movimiento de unas palas, impulsadas.por un juego de pesas, se movían en el interior de un recipiente con agua, estableció el equivalente mecánico del calor, determinando el incremento de temperatura que se producía en el fluido como consecuencia de los rozamientos producidos por la agitación de las palas:
1 cal = 4.184 J
El joule (J) es la unidad de energía en el Sistema Internacional de Unidades, (S.I.).
El BTU, (o unidad térmica británica) es una medida para el calor muy usada en Estados Unidos y en muchos otros países de América. Se define como la cantidad de calor que se debe agregar a una libra de agua para aumentar su temperatura en un grado Fahrenheit, y equivale a 252 calorías
Principios de la fusión
La reacción
hidrógeno / níquel es un fenómeno que aún intenta ser comprendido por
quienes desarrollan un proceso de fusión fría o de
LENR. El profesor ChristosStremmenos en el blog “Journal of Nuclear Physics”,
presenta una sencilla explicación del fenómeno que se lleva a cabo en el
interior de un reactor de hidrógeno /níquel.
Aquí un extracto de su ensayo:
Al hablar del comportamiento
de partículas cargadas eléctrica mente en el vacío, es conocido
que las que tienen carga opuesta se atraen y fusionan produciendo una partícula
de carga eléctrica neutral,
aunque esto no sucede siempre como es el caso del átomo del hidrógeno, donde un
protón y un electrón aunque se atraigan ellos no se fusionan.
En la física clásica también se puede hablar de que
las partículas con la misma carga siempre se repelerán implicando la
imposibilidad de un proceso de fusión.
Contrariamente, de acuerdo a la
mecánica cuántica, en un sistema con un gran número de partículas
con la misma polaridad es posible que algunas de ellas se fusionen. Es el caso
de la reacción del níquel al exponerse al hidrógeno.
El átomo del níquel
no es tan simple como el átomo
de hidrógeno, ya que su núcleo está conformado por docenas de
protones y neutrones, por tanto es mucho más pesado y ejerce una mayor repulsión
electrostática que el núcleo de hidrógeno que está formado de un
solo protón.
El mecanismo de
difusión del hidrógeno en el níquel consiste en que el
níquel actúa como catalizador descomponiendo las moléculas bioatómicas del
hidrógeno en átomos de hidrógeno que estarán en contacto con la superficie del
níquel, depositando sus electrones en la banda conductiva del metal o banda
de Fermi, de esta manera los núcleos del hidrógeno se
difunden sobre la estructura cristalina del níquel.
El núcleo del Níquel en estructura cristalina y el
núcleo del hidrógeno difundido sobre él, a pesar de ser de
la misma polaridad, un porcentaje muy pequeño de estos núcleos
se acercan entre ellos, fusionándose a distancias
de 10-14 m, donde emergen grandes fuerzas nucleares que
superarán las fuerzas de Coulomb
formando de esta manera el núcleo de un nuevo elemento, en este caso sería el cobre.
PROCESOS DE SOLIDIFICACIÓN
La solidificación es un proceso físico que consiste en el cambio de estado de la materia de líquido a sólido producido por una disminución en la temperatura o por una compresión de este material. Es el proceso inverso a la fusión, y sucede a la misma temperatura. Ejemplo de esto es cuando colocamos en el congelador agua, como la temperatura es muy baja esto hace que se haga hielo, o en pocas palabras, aumenta el volumen al solidificarse, aunque no sucede en todos los casos.
También se llama solidificación al proceso de endurecimiento de materiales como el cemento o la arcilla, en esos casos al deshidratarse a temperatura constante.
En el diagrama adjunto, faltaría concretar lo que es "licue facción", que es paso a líquido. Se dice que el azúcar se licua cuando al calentarse pasa de estado en granos cristalizados a ser un líquido marrón, de alta viscosidad.
Proceso desde el estado fundido (líquido) a un estado sólido. Es un importante
proceso industrial ya que muchos metales se funden para moldearlos hasta darles
una forma acabada o semiacabada.
Etapas de la Solidificación
1. NUCLEACIÓN ⇒ Formación de núcleos/semillas (partículas sólidas) estables en el fundido. 2.CRECIMIENTO ⇒ hasta la formación de cristales y la formación de una estructura granular.
EJEMPLOS:
El ejemplo más cotidiano de solidificación es el congelamiento del agua. Cuando una persona coloca agua líquida en una cubetera o hielera y la lleva a un congelador o freezer, lo hace con el objetivo de lograr la solidificación del agua. La disminución de la temperatura que implica estar en el congelador hace que el agua líquida se solidifique y se convierta en hielo. Estos cubos de hielo luego se utilizan para enfriar bebidas.También podemos encontrar un ejemplo de solidificación cuando un artesano trabaja con arcilla. Este material, al estar en contacto con el agua, se vuelve moldeable. De esta manera es posible darle diversas formas. Una vez que la arcilla se seca, se produce su solidificación: es decir, se endure y se vuelve rígida.
http://definicion.de/solidificacion/
Etapas de la Solidificación
1. NUCLEACIÓN ⇒ Formación de núcleos/semillas (partículas sólidas) estables en el fundido. 2.CRECIMIENTO ⇒ hasta la formación de cristales y la formación de una estructura granular.
EJEMPLOS:
El ejemplo más cotidiano de solidificación es el congelamiento del agua. Cuando una persona coloca agua líquida en una cubetera o hielera y la lleva a un congelador o freezer, lo hace con el objetivo de lograr la solidificación del agua. La disminución de la temperatura que implica estar en el congelador hace que el agua líquida se solidifique y se convierta en hielo. Estos cubos de hielo luego se utilizan para enfriar bebidas.También podemos encontrar un ejemplo de solidificación cuando un artesano trabaja con arcilla. Este material, al estar en contacto con el agua, se vuelve moldeable. De esta manera es posible darle diversas formas. Una vez que la arcilla se seca, se produce su solidificación: es decir, se endure y se vuelve rígida.
http://definicion.de/solidificacion/
VAPORIZACIÓN
La vaporización es el nombre que recibe el proceso en el cual un fluido pasa del estado líquido al gaseoso, es decir, como consecuencia de la acción del calor sobre el líquido en cuestión es que el líquido asumirá el estado de gaseoso.
Existen dos tipos de vaporización, la ebullición y la evaporación.La ebullición se producirá cuando el mencionado cambio de estado se produce por el aumento de la temperatura que se experimenta en el interior del líquido; cabe destacar, que el momento clave de ebullición se plantea en la instancia en la que la temperatura ocasiona que cualquier líquido hierva, y a partir de ella permanecerá constante todo el tiempo que dure el proceso de ebullición .
Si en una olla a presión colocamos agua y luego la colocamos en el fuego, antes de que se produzca el hervor, el agua se calentará unos 120° y 130 ° por la mayor presión que ejercen los gases en su interior. Es como consecuencia de este aumento de temperatura que la cocción de la comida se produce más rápido.
En tanto, si al agua le agregamos aditivos podremos aumentar o disminuir el punto de ebullición. Cabe destacar, que el proceso de ebullición ha sido usado tradicionalmente como el método por excelencia para esterilizar el agua, dado que la mayoría de los microorganismos mueren indefectiblemente al llegar el agua al mencionado punto.Y por su lado la evaporación, se caracteriza porque el mencionado cambio de estado de líquido a gaseoso se produce únicamente en la superficie del líquido y a cualquier temperatura, aunque, el mismo será más rápido cuanto mayor sea la temperatura. Por ejemplo, al servir una taza de té con agua hervida, es posible ver como el agua se condensa en pequeñas gotas visibles, también, el vapor de agua al condensarse se convierte en nubes.
http://www.definicionabc.com/ciencia/vaporizacion.php
EJEMPLOS:
En el siglo de agua,cuando se forma una nube debido a las altas temperaturas del sol ,las cuales hacen que se transformen en lluvia.
Cuando al terminar de bañarnos con agua caliente,los cristales quedan empañados.
Al cocer las verduras,la vaporización deja de lado lo crudo y lo vuelve comestible.
EBULLICIÓN
Puede definirse a la ebullición como el fenómeno físico mediante el cual un líquido modifica su estado y se vuelve gaseoso. Dicho traspaso se produce cuando la temperatura de todo el líquido alcanza el denominado punto de ebullición a una presión determinada. El punto de ebullición es la temperatura en la que la presión de vapor resulta igual a la presión del medio que está situado en torno al líquido.
El proceso que estamos abordando hay que dejar patente que ha sido muy importante a lo largo de la historia de la humanidad. Y es que desde tiempos inmemoriales se ha hecho uso del mismo para poder acometer la esterilización del agua. Así, la misma se sometía a este proceso de hervido para acabar con diversos microrganismos o bacterias que podían producir todo tipo de infecciones y virus.
Entre las utilidades más frecuentes de aquel citado proceso ha estado y está la esterilización de los diversos instrumentales quirúrgicos que se utilizan para acometer las operaciones de pacientes en hospitales, o en el ámbito alimentario para aumentar la vida útil de diversos productos.
De la misma forma tampoco hay que olvidar que también se ha hecho uso de la ebullición en el ámbito científico pues se requiere la esterilización de diversos objetos y herramientas que son empleados en los trabajos de investigación. De esta manera se consigue evitar que materiales o recipientes se vean contaminados y se echen a perder las tareas y análisis que se realizan.
La ebullición es el proceso inverso a la condensación (el paso de una sustancia gaseosa al estado líquido). Es importante tener en cuenta que ebullición y evaporación no son sinónimos: la evaporación es más lenta y no requiere del calentamiento de toda la masa.
El agua, por ejemplo, tiene su punto de ebullición en los 100ºC, siempre que se encuentre sometida a una presión semejante a la del nivel del mar. En mayor altura, la presión de la atmósfera se reduce y el agua requiere de menor temperatura para llegar a la ebullición. Cuando el agua comienza a hervir, la temperatura deja de incrementarse y se genera una rápida evaporación.
Además de lo expuesto también hay que dar a conocer que existe un instrumento que igualmente toma como parte de su nomenclatura a la palabra ebullición. Nos estamos refiriendo al reactor de agua en ebullición, también conocido como BWR (Boiling Water Reactor), que es un reactor nuclear de agua ligera. En concreto su funcionamiento se sustenta en un circuito donde se encuentra depositado el combustible nuclear pertinente. Este a su vez lo que hace es hervir el agua y producir el correspondiente vapor que será el que mueva una turbina y ponga en marcha un generador eléctrico.
En un sentido simbólico o metafórico, el concepto de ebullición se utiliza para nombrar a una conmoción o revuelta del ánimo. Por ejemplo: “Tras el partido, los ánimos en ebullición de los jugadores de ambos equipos terminaron por dar lugar a un gresca generalizada que finalizó con varios heridos”.
http://definicion.de/ebullicion/
EJEMPLOS:
En el siglo de agua,cuando se forma una nube debido a las altas temperaturas del sol ,las cuales hacen que se transformen en lluvia.
Cuando al terminar de bañarnos con agua caliente,los cristales quedan empañados.
Al cocer las verduras,la vaporización deja de lado lo crudo y lo vuelve comestible.
EBULLICIÓN
Puede definirse a la ebullición como el fenómeno físico mediante el cual un líquido modifica su estado y se vuelve gaseoso. Dicho traspaso se produce cuando la temperatura de todo el líquido alcanza el denominado punto de ebullición a una presión determinada. El punto de ebullición es la temperatura en la que la presión de vapor resulta igual a la presión del medio que está situado en torno al líquido.
El proceso que estamos abordando hay que dejar patente que ha sido muy importante a lo largo de la historia de la humanidad. Y es que desde tiempos inmemoriales se ha hecho uso del mismo para poder acometer la esterilización del agua. Así, la misma se sometía a este proceso de hervido para acabar con diversos microrganismos o bacterias que podían producir todo tipo de infecciones y virus.
Entre las utilidades más frecuentes de aquel citado proceso ha estado y está la esterilización de los diversos instrumentales quirúrgicos que se utilizan para acometer las operaciones de pacientes en hospitales, o en el ámbito alimentario para aumentar la vida útil de diversos productos.
De la misma forma tampoco hay que olvidar que también se ha hecho uso de la ebullición en el ámbito científico pues se requiere la esterilización de diversos objetos y herramientas que son empleados en los trabajos de investigación. De esta manera se consigue evitar que materiales o recipientes se vean contaminados y se echen a perder las tareas y análisis que se realizan.
La ebullición es el proceso inverso a la condensación (el paso de una sustancia gaseosa al estado líquido). Es importante tener en cuenta que ebullición y evaporación no son sinónimos: la evaporación es más lenta y no requiere del calentamiento de toda la masa.
El agua, por ejemplo, tiene su punto de ebullición en los 100ºC, siempre que se encuentre sometida a una presión semejante a la del nivel del mar. En mayor altura, la presión de la atmósfera se reduce y el agua requiere de menor temperatura para llegar a la ebullición. Cuando el agua comienza a hervir, la temperatura deja de incrementarse y se genera una rápida evaporación.
Además de lo expuesto también hay que dar a conocer que existe un instrumento que igualmente toma como parte de su nomenclatura a la palabra ebullición. Nos estamos refiriendo al reactor de agua en ebullición, también conocido como BWR (Boiling Water Reactor), que es un reactor nuclear de agua ligera. En concreto su funcionamiento se sustenta en un circuito donde se encuentra depositado el combustible nuclear pertinente. Este a su vez lo que hace es hervir el agua y producir el correspondiente vapor que será el que mueva una turbina y ponga en marcha un generador eléctrico.
En un sentido simbólico o metafórico, el concepto de ebullición se utiliza para nombrar a una conmoción o revuelta del ánimo. Por ejemplo: “Tras el partido, los ánimos en ebullición de los jugadores de ambos equipos terminaron por dar lugar a un gresca generalizada que finalizó con varios heridos”.
http://definicion.de/ebullicion/
PROPAGACIÓN DEL CALOR
APLICACIÓN
Cuando se produce una transferencia de Calor, se intercambia energía en forma de calor entre distintos cuerpos, o entre diferentes partes de un mismo cuerpo que están a distinta temperatura.No confundir calor con temperatura: calor es la energía que poseen los cuerpos y temperatura es la medición de dicha energía.El calor puede transmitirse por radiación, propagarse por conducción o desplazarse por convección.El calor se puede transferir mediante convección, radiación o conducción.Aunque estos tres procesos pueden ocurrir al mismo tiempo, puede suceder que uno de los mecanismos predomine sobre los otros dos. Por ejemplo, el calor se trasmite a través de la pared de una casa fundamentalmente por conducción, el agua de una cacerola situada sobre un quemador de gas se calienta en gran medida por convección, y la Tierra recibe calor del Sol casi exclusivamente por radiación.
Calor de conducción
En los sólidos el calor se transfiere por conducción. Si calentamos el extremo de una varilla metálica, después de cierto tiempo percibimos que la temperaturadel otro extremo asciende, o sea, el calor se transmitió hasta el extremo opuesto por conducción. Se cree que esta forma de transferencia de calor se debe, en parte, al movimiento de los electrones libres que transportan energía cuando existe una diferencia de temperatura entre dos puntos del objeto. Esta teoría explica, especialmente en el caso de los metales, por qué los buenos conductores del calor. La plata, el oro y el cobre conducen bien el calor, o sea, tienen conductividades térmicas elevadas, pero la madera, el vidrio y el amianto tienen conductividades cientos e incluso miles de veces menores y se conocen como aislantes térmicos.
Calor por convección
Si provocamos una diferencia de temperatura dentro de una masa líquida o gaseosa se producirá un movimiento del fluido que transfiere calor por convección de la parte más caliente hacia la menos caliente. Esta transferencia cesará cuando toda la masa del fluido haya alcanzado igual temperatura. A este movimiento contribuye la diferencia de densidad del fluido, ya que cuando una porción de este se calienta su densidad suele disminuir y asciende, mientras que el fluido más frío y más denso desciende con lo que con lo que se inicia el movimiento circulatorio que permite la homogenización de la temperatura. Por eso los acondicionadores y refrigeradores de aire deben instalarse cerca del techo y los radiador de calor a poca altura del piso de la habitación. Las corrientes de convección hacen que una sustancia tan mala conductora como el agua se calienta relativamente rápido. Estas también originan las brisas marinas, ya que al incidir los rayos del sol sobre la tierra, esta se calienta más rápido que los océanos y mares, ello hace que el aire sobre la superficie de la tierra se caliente más rápido, ascienda y el aire sobre la superficie del mar ocupe su lugar.
Calor de radiación
La propagación del calor por radiación presenta una diferencia fundamental respecto a la conducción y la convicción: las sustancias que intercambian calor no tienen que estar en contacto, sino pueden estar separadas aún por el vacío. La radiación es un término que se aplica genéricamente a toda clase de fenómenos relacionados con las ondas electromagnéticas. La radiación transfiere calor por radiación electromagnética (en especial infrarroja) y es el principal mecanismo mediante el cual el Sol calienta a la Tierra. En las montañas, cuando el sol asciende por el horizonte, se percibe el calor tan pronto como el sol se hace visible. A este calor, se le denomina calor radiante y está constituido por ondas electromagnéticas con longitud de onda un poco mayor que la del espectro visible y que también viajan a la velocidad de la luz. A estas se les denomina rayos infrarrojos y son invisibles al ojo humano. Un ejemplo común de la propagación del calor por radiación lo constituyen las hogueras utilizadas como medio de calefacción en los hogares. Contrario a la creencia generalizada, el calor que llega a la habitación desde la chimenea es casi todo en forma de radiación infrarroja emitida por las llamas, brazas y paredes calientes.
Conclusiones
Como colofón a las tres formas de propagación del calor (conducción, convención y radiación) diremos que el frasco de Dewar o termo, constituye un buen ejemplo de un dispositivo diseñado para evitar al máximo la propagación del calor, con independencia de su forma, en ambos sentidos (hacia el interior del frasco o desde el interior del frasco). El termo consiste de un recipiente con doble pared de vidrio (mal conductor del calor) que minimiza la trasferencia de calor por conducción; entre las dos paredes se hace alto vacío para evitar la propagación del calor por convicción y la cara externa de la pared interior y la interna de la pared exterior se recubren con una finísima capa de plata para evitar las transferencia de calor por radiación. Este es un buen ejemplo de cómo se puede evitar la propagación del calor en cualquiera de sus tres formas.
Métodos de propagación del calor
Hay que reseñar que los cuerpos no contienen calor sino energía térmica, el calor es la transferencia de energía entre dos cuerpos.El calor se mide en Julios en el Sistema Métrico Internacional aunque puede que la medida más conocida sean las calorías. Una caloría es la energía que hay que suministrar a un gramo de agua para aumentar un grado su temperatura, concretamente de 14,5º a 15,5º.Es habitual ver en los alimentos etiquetas con la indicación de las kilocalorías (Kcal). Una kilocaloría, como su propio nombre indica, equivale a 1000 calorías.Para actuar con eficacia ante un incendio y tomar las medidas necesarias para su extinción mediante los medios existentes en el local y poder erradicarlo, es muy importante conocer como el actúa el fuego y se transmite el calor del mismo hacia todos los materiales de su alrededor, propagándose.Una vez que conocemos como se propaga el calor de un cuerpo a otro podemos aplicarlo a como se propagan los incendios. Un fuego se propagará de igual forma que el calor, por conducción, convección y radiación. Por lo tanto, conocer las formas en las que un incendio puede propagarse puede ser de vital importancia a la hora de sofocarlo.
EQUIVALENCIA MECÁNICA DE CALOR
Históricamente se tardó bastante tiempo en comprender cuál es la naturaleza del calor. En un primer momento se pensaba que el calor era un fluido (denominado calórico) que impregnaba los cuerpos y era responsable del calor que éstos intercambiaban al ser puestos en contacto.
En el siglo XIX, Joule ideó un experimento para demostrar que el calor no era más que una forma de energía, y que se podía obtener a partir de la energía mecánica. Dicho experimento se conoce como experimento de Joule para determinar el equivalente mecánico del calor.
Antes del experimento de Joule se pensaba que calor y energía eran dos magnitudes diferentes, por lo que las unidades en que se medían ambas eran también distintas. La unidad de calor que se empleaba era la caloría.
Una caloría es la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de un gramo de agua destilada desde 14.5ºC a 15.5ºC..
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Con su experimento, Joule se propuso demostrar que se podía elevar la temperatura del agua transfiriéndole energía mecánica. El aparato que empleó se muestra en la siguiente figura. En el interior de un recipiente se introduce 1 kg de agua a 14.5 ºC.
Lo que encontró Joule fue que, para elevar la temperatura del kilogramo de agua hasta 15.5ºC (es decir, para conseguir una energía de 1000 calorías), la energía potencial de la masa debía disminuir en 4180 Julios. Por tanto, la equivalencia entre unidades de calor y energía es:
El descubrimiento de Joule llevó a la teoría de la conservación de la energía lo que a su vez condujo al desarrollo del primer principio de la Termodinámica.
http://acer.forestales.upm.es/basicas/udfisica/asignaturas/fisica/termo1p/joule.html
PRIMERA LEY DE TERMODINÁMICA
La primera ley de la termodinámica establece que la energía no se crea, ni se destruye, sino que se conserva. Entonces esta ley expresa que, cuando un sistema es sometido a un ciclo termodinámico, el calor cedido por el sistema será igual al trabajo recibido por el mismo, y viceversa.
Es decir Q = W, en que Q es el calor suministrado por el sistema al medio ambiente y W el trabajo realizado por el medio ambiente al sistema durante el ciclo.
EJEMPLO:
sencillo seria: Al remover con un taladro el agua contenida en un recipiente, le estamos aplicando trabajo, que es igual al calor que este emite al medio ambiente al calentarse. En este caso, el sistema puede ser el agua, el medio sería el taladro, el aire circundante y todo lo que está fuera del sistema que no sea agua (pues lo que está afuera recibirá calor del sistema).
MAQUINAS TÉRMICAS DE VAPOR
Denominamos máquinas térmicas a aquellas que transforman la energía calorífica de los combustibles (carbón, madera, gasolina, gasóleo, etc) en energía mecánica, en movimiento.
Las máquinas térmicas, según la forma de realizar la combustión, pueden ser de dos tipos:
De combustión externa, emplean combustibles fósiles como el carbón el ejemplo por excelencia es la máquina de vapor, en la que la combustión sucede fuera de la máquina para calentar un fluido, como el agua que, en forma de vapor, moverá algún mecanismo.
De combustión interna, emplean combustibles fósiles, como el petróleo, que producen el movimiento al arder en una cámara dentro del propio motor. Existen motores de combustión interna sencillos, ligeros y de poca potencia, como los de las motocicletas, y otros que desarrollan gran potencia , como las turbinas de gas de los aviones.
SEGUNDA LEY DE TERMODINÁMICA
La segunda ley de la termodinámica es un principio general que impone restricciones a la dirección de la transferencia de calor, y a la eficiencia posible en los motores térmicos. De este modo, va más allá de las limitaciones impuestas por la primera ley de la termodinámica. Sus implicaciones se pueden visualizar en términos de la analogía con la cascada
Declaraciones
de la segunda ley
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http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/thermo/seclaw.html
De la segunda ley se deriva que, en un proceso natural, el calor se transfiere siempre de un cuerpo con mayor temperatura a uno con menor temperatura y nunca al contrario. Si quisiéramos realizar lo contrario sería mediante un proceso artificial, con la intervención de un trabajo.
