El calor (representado con la letra Q) es la energía transferida de un sistema a otro (o de un sistema a sus alrededores) debido en general a una diferencia de temperatura entre ellos. El calor que absorbe o cede un sistema termodinámico depende normalmente del tipo de transformación que ha experimentado dicho sistema.
Dos o más cuerpos en contacto que se encuentran a distinta temperatura alcanzan, pasado un tiempo, el equilibrio térmico (misma temperatura).
Un aspecto del calor que conviene resaltar es que los cuerpos no almacenan calor sino energía interna. El calor es por tanto la transferencia de parte de dicha energía interna de un sistema a otro, con la condición de que ambos estén a diferente temperatura. Sus unidades en el Sistema Internacional son los julios (J).
Caloría: símbolo cal, es la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de un gramo de agua en un grado Celsius desde 14.5º C a 15.5º C.
1 cal = 4.186 J = 3.97x10-3 Btu
1 J = 0.239 cal = 9.48x10-4 Btu
1 Btu = 1055 J = 252 cal
CAPACIDAD CALORÍFICA
La capacidad calorífica o capacidad térmica de un cuerpo es el cociente entre la cantidad de energía calorífica transferida a un cuerpo o sistema en un proceso cualquiera y el cambio de temperatura que experimenta. En una forma más rigurosa, es la energía necesaria para aumentar la temperatura de una determinada sustancia en una unidad de temperatura. Indica la mayor o menor dificultad que presenta dicho cuerpo para experimentar cambios de temperatura bajo el suministro de calor.
http://www.educaplus.org/play-340-Conductividad-t%C3%A9rmica.html
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CALOR ESPECÍFICO
Cantidad de calor que por kilogramo necesita un cuerpo para que su temperatura se eleve en un grado centígrado.
Se llama así, a la cantidad de calor que gana o pierde un cuerpo o sustancia al ponerse en contacto con otro cuerpo que se encuentra a diferente temperatura, cuya ecuación esta dado por:
EQUILIBRIO TÉRMICO
Es aquel estado en el cual se igualan las temperaturas de dos cuerpos, las cuales, en sus condiciones iniciales presentaban diferentes temperaturas. Una vez que las temperaturas se equiparan se suspende el flujo de calor, llegando ambos cuerpos al mencionado equilibrio térmico.
- Qcaliente = Qfrío
-[mCeDT] = mCeDT
CAMBIO DE FASE
Fases son los estados de la materia que pueden existir en equilibrio y en contacto térmicos simultáneamente.
El cambio de fase es un fenómeno térmico que una sustancia sufre al alterar su estado físico.
CALOR LATENTE
El calor latente es la energía requerida por una cantidad de sustancia para cambiar de fase, de sólido a líquido (calor de fusión) o de líquido a gaseoso (calor de vaporización). Se debe tener en cuenta que esta energía en forma de calor se invierte para el cambio de fase y no para un aumento de la temperatura.
Cambio de fase del agua
DEFINICIONES.
La termodinámica (del griego termo, que significa "calor" y dinámico, que significa "fuerza") es una rama de la física que estudia los fenómenos relacionados con el calor.
Sistema: cualquier grupo de átomos, moléculas, partículas u objetos en estudio termodinámico. Por ejemplo el agua dentro de un envase, el cuerpo de un ser vivo o la atmósfera. Un esquema se muestra en la figura 13.1.
Ambiente: todo lo que no pertenece al sistema, es lo que rodea al sistema, sus alrededores. Por ejemplo el exterior al envase donde está el agua, o el espacio que rodea a la atmósfera (puede ser todo el Universo). Entre el sistema y el ambiente puede haber intercambio de calor y de energía y se puede realizar trabajo (figura 13.1).
Sistema cerrado: sistema en el cual no entra ni sale masa, pero que puede intercambiar calor y energía con el ambiente.
Sistema abierto: sistema que puede tener variación de masa, como por ejemplo intercambio de gases o líquidos, o de alimentos en los seres vivos.
Sistema cerrado aislado: sistema en el cual no se produce ningún intercambio de calor o energía con el ambiente a través de sus fronteras.
Leyes de la Termodinámica
Ley Cero (o principio cero) de la Termodinámica
Si dos sistemas están por separado en equilibrio con un tercero, entonces también deben estar en equilibrio entre ellos.
Si tres o mas sistemas están en contacto térmico y todos juntos en equilibrio, entonces cualquier par está en equilibrio por separado. El concepto de temperatura se basa en este principio cero.
PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA
Esta ley se expresa como:
DEint = Q - W
Cambio en la energía interna en el sistema = Calor agregado (Q) - Trabajo efectuado por el sistema (W).
Notar que el signo menos en el lado derecho de la ecuación se debe justamente a que W se define como el trabajo efectuado por el sistema.
Para entender esta ley, es útil imaginar un gas encerrado en un cilindro, una de cuyas tapas es un émbolo móvil y que mediante un mechero podemos agregarle calor. El cambio en la energía interna del gas estará dado por la diferencia entre el calor agregado y el trabajo que el gas hace al levantar el émbolo contra la presión atmosférica.
SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA
La primera ley nos dice que la energía se conserva. Sin embargo, podemos imaginar muchos procesos en que se conserve la energía, pero que realmente no ocurren en la naturaleza. Si se acerca un objeto caliente a uno frío, el calor pasa del caliente al frío y nunca al revés. Si pensamos que puede ser al revés, se seguiría conservando la energía y se cumpliría la primera ley.
En la naturaleza hay procesos que suceden, pero cuyos procesos inversos no. Para explicar esta falta de reversibilidad se formuló la segunda ley de la termodinámica, que tiene dos enunciados equivalentes:
Enunciado de Kelvin - Planck : Es imposible construir una máquina térmica que, operando en un ciclo, no produzca otro efecto que la absorción de energía desde un depósito y la realización de una cantidad igual de trabajo.
Enunciado de Clausius: Es imposible construir una máquina cíclica cuyo único efecto sea la transferencia continua de energía de un objeto a otro de mayor temperatura sin la entrada de energía por trabajo.
La segunda ley dice que "solamente se puede realizar un trabajo mediante el paso del calor de un cuerpo con mayor temperatura a uno que tiene menor temperatura". Al respecto, siempre se observa que el calor pasa espontáneamente de los cuerpos calientes a los fríos hasta quedar a la misma temperatura.
La segunda ley de la termodinámica da, además, una definición precisa de una propiedad llamada entropía (fracción de energía de un sistema que no es posible convertir en trabajo).
TRANSFORMACIONES TERMODINÁMICAS
http://group.chem.iastate.edu/Greenbowe/sections/projectfolder/flashfiles/thermochem/heat_metal.html
PROCESOS TERMODINÁMICOS
https://prezi.com/4dixbcqcfrco/procesos-termodinamicos/
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PROCESO ISOTÉRMICO
Simulación física de una expansión isoterma de un gas ideal. Representación en un diagrama P-V.
http://www.educaplus.org/play-171-Transformaci%C3%B3n-isoterma.html
http://www.educaplus.org/play-138-Transformaciones-termodin%C3%A1micas.html
Temperatura constante
DT = 0
DEint = 0 Q = W
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PROCESO ISÓCORICO
Simulación física de una transformación isócora de un gas ideal. Representación en un diagrama p-V.
http://www.educaplus.org/play-138-Transformaciones-termodin%C3%A1micas.html
Volumen constante
DV = 0
W = 0 DEint = Q
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PROCESO ISOBÁRICO
Simulación física de una expansión isóbara de un gas ideal. Representación en un diagrama p-V.
http://www.educaplus.org/play-138-Transformaciones-termodin%C3%A1micas.html
Presión constante
DP = 0
W= P(VF – Vi) DEint = Q - W
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PROCESO ADIABÁTICO
Simulación física de una expansión adiabática de un gas ideal. Representación en un diagrama p-V.
http://www.educaplus.org/play-138-Transformaciones-termodin%C3%A1micas.html
No hay intercambio de calor
Q = 0
DEint = - W
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MÁQUINAS TÉRMICAS
Una máquina térmica es un dispositivo cuyo objetivo es convertir calor en trabajo. Para ello utiliza de una sustancia de trabajo (vapor de agua, aire, gasolina) que realiza una serie de transformaciones termodinámicas de forma cíclica, para que la máquina pueda funcionar de forma continua. A través de dichas transformaciones la sustancia absorbe calor (normalmente, de un foco térmico) que transforma en trabajo.
Eficiencia de trabajo
x 100
http://acer.forestales.upm.es/basicas/udfisica/asignaturas/fisica/animaciones_files/otto.swf
https://prezi.com/zfa5lpatgzsb/maquinas-termicas-y-segunda-ley-de-termodinamica/
