Teoría y ejercicios explicado de calorimetría

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TEMPERATURA Y CALOR
CICLO DICIEMBRE 2020 – MARZO 2021
TEMPERATURA.
Profesor: Dennis A. Soto Velásquez
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LA TEMPERATURA es la medida de la energía cinética “promedio” que posee cada molécula del cuerpo, ya que estas están en constante movimiento y poseen energía cinética. 
Un objeto de mayor temperatura que otro, tiene mayor energía cinética promedio por molécula, es así que: A MAYOR TEMPERATURA, MAYOR MOVIMIENTO MOLECULAR.
A la temperatura a la cual las moléculas de un cuerpo tienden a cesar su movimiento, es decir, su estado de energía cinético molecular tiende a ser mínima, pero no igual a cero, se denomina CERO ABSOLUTO.
Sus unidades son: grados centígrados , grados Fahrenheit , grados Kelvin , etc.
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Escalas Relativas. 
Profesor: Dennis A. Soto Velásquez
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Se denominan escalas relativas a aquellas cuyo cero no corresponden al cero absoluto. Estas son las escalas Celsius y Fahrenheit .
La fórmula que expresa la relación entre las lecturas indicadas por las distintas escalas, para una misma temperatura, es:
La relación entre los incrementos de temperatura es:
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DILATACIÓN TÉRMICA.
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Uno de los cambios más conocidos que ocurren en una sustancia, es que conforme aumenta su temperatura, casi siempre crece su volumen, este fenómeno se llama dilatación térmica. 
Las juntas de dilatación térmica se usan en los puentes para separar tramos de carretera. Sin estas juntas las superficies se encimarían debido a la dilatación térmica en días muy calurosos, o se romperían debido a la contracción en días demasiados fríos.
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Se aplica para alambres muy delgados o elementos muy finos donde su dimensión principal es su longitud.
Donde: 
Se define como la variación porcentual de la longitud por cada variación de temperatura. Su unidad es .
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Dilatación Lineal. 
Coeficiente de Dilatación Lineal .
La longitud final se obtiene:
Ejemplo: si el coeficiente de dilatación del hierro es 0,000012 (12 millonésimas), significa que una varilla de hierro de aumenta su largo en 0,000012m cuando la temperatura se eleva en 1 °C.
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Se aplica para el caso de placas o láminas muy delgadas donde sólo interesa la variación del área de su superficie
Donde: 
Se define como la variación porcentual de la longitud por cada variación de temperatura. Su unidad es .
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Dilatación Superficial.
Coeficiente de Dilatación Superficial . 
La superficie final se obtiene:
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Es el caso más general del fenómeno de dilatación térmica. Todos los cuerpos aumentan su volumen cuando su temperatura aumenta.
Donde: 
Se define como la variación porcentual de volumen por cada de temperatura. Su unidad es .
Los coeficientes de dilatación se relacionan de la siguiente manera:
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Dilatación Volumétrica.
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El volumen final se obtiene:
Coeficiente de Dilatación Cúbica .
 y 
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CALOR .
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Es una magnitud escalar que mide el “paso de energía” (energía en tránsito) de un cuerpo a otro, exclusivamente por diferencia de temperatura.
Unidad de Calor en el S.I.: Joule ()
Cuando calentamos una sustancia, le estamos transfiriendo energía al ponerla en contacto con un ambiente que tiene temperatura más alta, por ejemplo aquí el sustancia dentro de la olla está ganando energía, el fuego le transfiere energía.
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Capacidad Calorífica.
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Es una característica de cada cuerpo.
Diferentes trozos de un mismo material pueden tener diferentes “”. 
La capacidad calorífica es la cantidad de calor que necesita una sustancia para elevar su temperatura en un grado (por la escala elegida de temperatura).
: Capacidad calorífica
: Calor
: Cambio de temperatura
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Calor Específico 
Es una magnitud escalar que indica la cantidad de calor que se requiere para aumentar en un grado de temperatura, una unidad de masa de una sustancia sin que cambie su estado.
También se tiene que: 
: Calor específico del material
: Calor
: Masa
: Cambio de temperatura
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Calor específico de algunas sustancias.
	Sustancia	ce (cal/g°C)	Intervalo de temperaturas
	Cuerpo humano	0,85	 -10 → 50 °C
	Aluminio	0,217	 17 → 100
	Hielo	0,550	 -10 → 0
	Hierro	0,113	 10 → 100
	Mercurio	0,033	 0 → 100
	Plata	0.056	 15 → 100
	Agua	1,000	 0 → 100
	Vapor	0,500	 100 →200
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Cambios de Fase.
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Hay situaciones en las cuales la transferencia de energía no produce un cambio de temperatura. Es el caso en el que las características físicas de la sustancia pasan de una forma a otra, lo que se llama un cambio de fase.
Dos cambios de fase comunes son de sólido a liquido (fusión) y de líquido a gas (ebullición). 
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Calor Sensible y Calor Latente.
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Se denomina calor sensible al calor que es necesario para incrementar la temperatura de cierta masa de una sustancia, sin observar un cambio de estado.
O También:
Calor sensible y calor latente
Calor sensible
Calor latente
Se denomina calor latente a la energía requerida por una cantidad de sustancia para cambiar de estado.
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Calor de Fusión 
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Es la cantidad de calor que hay que entregar a un cuerpo o sustancia para que pase de estado sólido a líquido, a una temperatura determinada. Debemos tener en cuenta que en un cambio de estado no se da un cambio de temperatura.
: Calor de fusión
: Masa 
: Calor latente de fusión
Para el caso del agua: 
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Calor de vaporización 
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Es la cantidad de calor que hay que entregar a un cuerpo o sustancia para que pase de estado líquido a gaseoso, a una temperatura determinada; es decir sin un cambio de temperatura.
: Calor de vaporización
m: Masa 
: Calor latente de vaporización
Observación. Los procesos inversos a la fusión y vaporización son la condensación y solidificación respectivamente, en los que las fórmulas para determinar el calor son equivalentes, teniendo en cuenta que:
 
Para el caso del agua: 
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Equilibrio Térmico.
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Si tomamos dos cuerpos a diferentes temperaturas y los colocamos en un ambiente aislado, se observa que uno de ellos se calienta, mientras que el otro se enfría, hasta que al final los dos cuerpos quedan a la misma temperatura, llamada temperatura de equilibrio.
Se tendrá que: 
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Propagación del calor.
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La transmisión de calor se efectúa mediante tres mecanismos.
Conducción:
Es la transferencia de calor a través de un cuerpo sin transporte de materia, esto se debe a que la energía cinética de las moléculas del extremo caliente, transmite por choques a las moléculas vecinas y así sucesivamente.
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 : Corriente o flujo de calor
 : Calor
 : Conductividad térmica del material
 : Área
 : Temperatura
 : Tiempo
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Ley de Fourier.
La rapidez con que fluye el calor a través de una sustancia depende de la diferencia de temperatura entre sus límites, del tamaño y forma del objeto.
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Es la transferencia de energía media ondas electromagnéticas. Esta forma de transferencia no necesita de algún medio para propagarse.
Corrientes de convección en un líquido. Las moléculas de mayor temperatura suben y las de menor bajan
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Sólo se efectúa en los fluidos (líquidos y/o gases); consiste en la transferencia de calor de un lugar a otro por transporte de masa caliente.
Convección:
Radiación: 
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20166.525