S_10 CALOR Y TEMPERATURA

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13/11/22 21:51 prof. Daniel Fernández Palma. 1
• Sistema termodinámico
• Equilibrio térmico.
• Escalas Termométricas. Conversiones entre escalas 
Termométricas.
• Calor, calor específico y mecanismos de 
Transferencias de calor.
• Cambios de estado y calores latentes
S_10 TEMPERATURA. CALOR. TRANSFERENCIA DE 
CALOR. CAMBIOS DE ESTADO
SISTEMA TERMODINAMICO
Es el cuerpo o ensamblaje de materia que para su estudio
aislamos mentalmente del resto del universo.
SISTEMA AMBIENTE
UNIVERSO
Todos los cuerpos que no forman parte del sistema constituyen el
medio exterior ó ambiente.
13Profesor Daniel Fernández Palma
Sistema 
hombre
Masa corporal 60% agua
1014 células IC EC
E(alimentos) → Q(calor) + W(trabajo)
Información 
codificada 
en señales 
eléctricas 
químicas 
mecánicas
Mantiene constantes:
pH, T°C, composición iónica etc.
El hombre: sistema termodinámico integrado
14Profesor Daniel Fernández Palma
EQUILIBRIO TERMICO.
Estado final alcanzado por dos o mas sistemas después
de haber estado en comunicación a través de una pared
conductora de calor. Esto es; al llegar a éste estado cesa
toda transferencia de energía
21Profesor Daniel Fernández Palma
EQUILIBRIO TERMICO
Todos los cuerpos tienen la tendencia al equilibrio térmico
60°C 60°C
T i b i o s
100°C 20°C
Caliente Frío
metal 
sólido
22Profesor Daniel Fernández Palma
Temperatura
Propiedad que determina si un cuerpo se
encuentra o no en equilibrio térmico con otros
cuerpos.
En términos mas precisos: La temperatura es la
medida de la energía cinética media molecular
23Profesor Daniel Fernández Palma
ebullición
fusión
C
0 32 273
100 212 373
F K
- 0
- 0
Escalas termométricas
C 100
F-32 180
=
C = (F–32)5
9
F = 32 + C
9
5
K = C + 273 Cero absoluto Temperatura a la cual cesa toda agitación molecular
C F K
24Profesor Daniel Fernández Palma
Termómetro clínico
(a) (b) (c)
20 °C 20 °C
38 °C
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
En (c) parte del mercurio queda separado 
del bulbo por efecto de capilaridad
25Profesor Daniel Fernández Palma
CALOR: ENERGIA EN TRANSICION
Calor. es, una forma de energía en transición entre dos
cuerpos (sistema y su ambiente) debido exclusivamente
a la diferencia de temperaturas.
Calor transferido : DQ = mcDT
Calor específico : c = 
DQ
DT
DQ
mDT
Capacidad Calorífica : C = [C] = cal/°C
[c] = cal/g°C
37Profesor Daniel Fernández Palma
La caloría (cal) es la cantidad de calor necesaria para
elevar la temperatura de un gramo de agua de 14.5 °C
a 15.5 °C
Kilocaloría = 1000 cal
Btu = 252 cal
1 J = 0,24 cal
1 cal = 4.186 J
Unidades de calor: Joule (J) ………. SI
Caloría (cal) … práctica
38Profesor Daniel Fernández Palma
Los cuerpos aislantes como el agua, la madera seca,
papel, corcho, vidrio etc. tienen mayor capacidad
calorífica que los conductores como los metales y las
soluciones electrolíticas. La cantidad de calor queda
expresada por:
DQ = m.c DT
DQ = m.c(Tf - Ti)
donde Tf es la temperatura final y Ti la inicial.
39Profesor Daniel Fernández Palma
Sustancia c (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
Calor específico de algunas sustancias
40Profesor Daniel Fernández Palma
EJEMPLO Un recipiente de 0,6 kg de masa se halla a
una temperatura de 20°C. Cuando se echan en él 2,5
kg de agua hirviente, la temperatura de equilibro es
de 90°C ¿Cuál es el calor específico del recipiente?
41Profesor Daniel Fernández Palma
Solución El agua hirviente cede calor al
recipiente, por tanto:
Agua caliente: ma = 2,5 kg, Ta = 100oC
Recipiente: mr = 0,6 kg, Tr = 20 °C
Temperatura de Equilibrio T = 90 °C
Calor cedido por el agua = calor ganado por
el recipiente
42Profesor Daniel Fernández Palma
- maca( T - Ta) = mrc r (T – Tr)
- DQ (cedido) = DQ (absorbido)
cr = 
cr = 
cr = 0,595 cal/g°C
maca( Ta - T)
mr(T-Tr)
2,5(1)(100-90)
0,6(90-20)
43Profesor Daniel Fernández Palma
CAMBIO DE FASE
Bajo ciertas condiciones de presión y temperatura,
todas las sustancias pueden existir en las tres fases más
comunes: sólida, líquida y vapor (o gas).
El plasma es un cuarto estado o fase caracterizado por
la mezcla de partículas electrizadas (electrones y iones
positivos) por ejemplo la lámpara fluorescente, el sol
etc.
44Profesor Daniel Fernández Palma
Los cambios de fase ocurren a temperatura
constante y sólo es posible con la absorción
o liberación de energía calorífica.
Licuefacción Evaporación
Condensación
Sublimación
LíquidoSólido Gas o 
Vapor
+Q +Q
-Q-Q
+Q
45Profesor Daniel Fernández Palma
Calor Latente (L). Es la cantidad de calor que requiere
la unidad de masa de una sustancia para que tenga lugar
el cambio de fase.
L = o Q = mL (Calor de transformación)
Q
m
[L] = J/kg
Ejemplo H2O: 
Calor latente de fusión Lf = 80 cal/g
Calor latente de vaporización Lv = 540 cal/g
46Profesor Daniel Fernández Palma
Las sustancias puras cambian de fase a presión
estándar a una temperatura fija y bien determinada y
no así las aleaciones, mezclas o sustancias amorfas que
lo hacen en intervalos de temperatura que puede ser
grande o pequeño por ejemplo el vidrio no llega nunca
a solidificarse por completo y de allí el nombre que se le
da al vidrio de líquido sobre enfriado.
47Profesor Daniel Fernández Palma
Transferencia de calor en el cuerpo humano
Calor y frio
Un aumento de la temperatura ambiente provoca
vasodilatación periférica, sudoración profusa por encima
de 37°C y las consecuencias hemodinámicas respectivas.
El hombre forma parte de un reducido número de
especies que mantienen su temperatura constante. Esto
surge de un delicado equilibrio entre la termogénesis o
producción de calor y la termólisis o disipación de calor.
48Profesor Daniel Fernández Palma
El cuerpo humano intercambia calor con el
ambiente por uno o más de los procesos
siguientes:
conducción
convección
radiación
evaporación
49Profesor Daniel Fernández Palma
Tp = 33°C
To = 20°C
Ti = 37°C
CONDUCCION
CONVECCION
RADIACION
EVAPORACION
50Profesor Daniel Fernández Palma
A
!
H
T1 T2
Conducción. Cuando el calor se transfiere por vibración
molecular. La rapidez de transporte de calor de la
superficie caliente (T1) a la superficie fría (T2) por
conducción es:
H = kAT1 - T2
!
k = conductividad térmica del material (J/s.m.K)
H = J/s
H = Kcal/hora
51Profesor Daniel Fernández Palma
Convección, es el transporte de calor por movimiento de
fluido.
H = qADT
Donde q es el coeficiente de convección para cada caso y
depende de varios factores, entre ellos de la orientación y
naturaleza de las superficies, las características de flujo
del fluido
T1 T2
A H
fluido
52Profesor Daniel Fernández Palma
EJEMPLO ¿Cuánta energía por segundo perderá por
convección una persona desnuda de 1,4 m2 de área
superficial en aire a 0°C? Supóngase que el coeficiente de
convección es 7,1 W/m2K y que la temperatura de la piel
es 30°C
El transporte de calor por convección aumenta
ostensiblemente si se fuerza al fluido en su movimiento
H = qADT = (7,1)(1,4)(30-0) = 298.2 W
53Profesor Daniel Fernández Palma
Radiación, el calor se transmite por radiación por emisión o
absorción de ondas electromagnéticas.
Ley de Wien: un objeto a temperatura T emitirá la mayor
parte de su radiación de OEM en longitudes de onda
próximas a
donde B = 2898´10-6 m.K. Conocer esta longitud de onda es
muy útil, porque los materiales transmiten, absorben y
reflejan la radiación de manera diferente a longitudes de
onda diferentes.
l = BT
54Profesor Daniel Fernández Palma
r
Distribución espectral de la radiación solar
T2
T3
T1
T3 > T2 >T1
D
en
si
da
d 
En
er
gí
a 
ra
di
an
te
400 7009000 λ(nm)
55Profesor Daniel Fernández Palma
Longitud de onda radiada por el cuerpo humano
T = 37 + 273 = 310 K
lm = = 9348 nm (infrarrojo)
2898´10-6 m.K
T
56Profesor Daniel Fernández Palma
La rapidez a la que se emite la energía depende de la
cuarta potencia de la temperatura absoluta (Ley de
Stefan-Boltzmann):
H = esAT4
A = el área
T
B
s = 5,67´10-8 W/m2K4 es la constante de Stefan.
e = emisividad de la superficie: 0 < e < 1
57Profesor Daniel Fernández Palma
La pérdida de calor por radiación es la diferencia entre la
que es emitida por el objeto y la que es absorbida por el
entorno
H = esA(T4- To4)
To
T
58Profesor Daniel Fernández Palma
Ejemplo: Hallar el calor radiado por una persona de 1.7 m2
de superficie corporal en un ambiente cuya temperatura es
de 20°C si la emisividad de la piel es 1
H = esA(T4- To4) 
= (1)(5.67´10-8)(1.7)(3104 – 2934)
H = 180 W
Solución: temperaturas : alta T = 37°C = 310 K 
baja T = 20°C = 293 K 
59Profesor Daniel Fernández Palma
Evaporación
Por perspiración y respiración el hombre evapora agua a 
razón de 50 mL por hora lo que equivale a la pérdida de 
Q = mL
Q = (50 g)(540 cal/g) = 27 kcal de energía 
calorífica por hora
Cuando aumenta la secreción de sudor, el grado en el cual 
se evapora depende de la humedad del ambiente
60Profesor Daniel Fernández Palma
Durante el ejercicio muscular, en un ambiente caliente, la
secreción del sudor alcanza cifras elevadas como 1,6
litros/hora, y en una atmósfera seca la mayor parte de
este sudor se evapora. Esto representa un máximo de 864
kcal que es una cantidad enorme con relación a las
correspondientes a otras condiciones
En reposo por perspiración y respiración: 27 kcal
Con ejercicio muscular y sudoración : 864 kcal
61Profesor Daniel Fernández Palma
En tiempo frío, las arteriolas que conducen la sangre hacia los
capilares cutáneos sufren una vasoconstricción. La pared de las
arteriolas contiene una gruesa banda circular de fibras
musculares. Cuando el músculo se contrae, el diámetro del vaso
disminuye. Estos músculos están controlados por el sistema
nervioso. Por tanto el orden de los acontecimientos es que el aire
frío provoca la excitación de los receptores cutáneos, se
transmiten mensajes por medio de nervios motores a los músculos
de las paredes de las arteriolas y éstas como consecuencia se
constriñen. Por tanto el flujo de la sangre hacia la piel se ve
disminuido y de este modo reduce la pérdida de calor
62Profesor Daniel Fernández Palma