Calor

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Calor

  1. 1. CALOREl calor es una cantidad de energía y es una expresión del movimiento de las moléculas que componen un cuerpo. Cuando el calor entra en un cuerpo se produce calentamiento y cuando sale,enfriamiento. Incluso los objetos más fríosposeen algo de calor porque sus átomos se están moviendo. Efectos del calor: –El calor dilata los cuerpos: todos loscuerpos, cuando se calientan, aumentan de volumen;–El calor modifica los estados de la materia, convirtiendo los sólidos en líquidos y éstos en gases. Es importante observarque mientras se produce el cambio de estado no aumenta la temperatura del cuerpo; –El calor hace variar la temperatura. TEMPERATURA La temperatura es la medida del calor de un cuerpo (y no la cantidad de calor que este contiene o puede rendir). DIFERENCIAS ENTRE CALOR Y TEMPERATURA Todos sabemos que cuando calentamos un objeto su temperatura aumenta. A menudo pensamos que calor y temperatura son lo mismo. Sin embargo, esto no es así. El calor y la temperatura están relacionadas entre sí, pero son conceptos diferentes. Como ya dijimos, el calor es la energía total del movimiento molecular en un cuerpo, mientras que la temperatura es la medida de dicha energía. El calor depende de lavelocidad de las partículas, de su número, de su tamaño y de su tipo. La temperatura no depende del tamaño, ni del número ni del tipo.
  2. 2. Por ejemplo, si hacemos hervir agua en dos recipientes de diferente tamaño, la temperatura alcanzada es la misma para los dos, 100° C, pero el que tiene más agua posee mayor cantidad de calor.El calor es lo que hace que la temperatura aumente o disminuya. Si añadimos calor, la temperatura aumenta. Si quitamos calor, la temperatura disminuye. La temperatura no es energía sino una medida de ella; sin embargo, el calor sí es energía.LA ECUACIÓN CALORIMÉTRICA La experiencia pone de manifiesto que la cantidad de calor tomada (o cedida) por un cuerpo es directamente proporcional a su masa y al aumento (o disminución) de temperatura que experimenta. La expresión matemática de esta relación es la ecuación calorimétrica. Q = ce.m.(Tf - Ti) Donde Q representa el calor cedido o absorbido, la masa del cuerpo y Tf y Ti las temperaturas final e inicial respectivamente. Q será positivo si la temperatura final es mayor que la inicial (Tf> Ti) y negativo en el caso contrario (Tf< Ti). La letra c representa la constante de proporcionalidad correspondiente y su valor es característico del tipo de sustancia que constituye el cuerpo en cuestión. Dicha constante se denomina calor específico. Su significado puede deducirse de la ecuación (8.6). Si se despeja c,de ella resulta: ce = Q/ m.(Tf - Ti) El calor específico de una sustancia equivale, por tanto, a una cantidad de calor por unidad de masa y de temperatura; o en otros términos, es el calor que debe suministrarse a la unidad de masa de una sustancia dada para elevar su temperatura un grado.CALOR ESPECÍFICO Y CAPACIDAD CALORÍFICA La ecuación calorimétrica puede escribirse también en la forma: Q = C.(Tf - Ti) Expresando así que en un cuerpo dado la cantidad de calor cedido o absorbido es directamente proporcional a la variación de temperatura. La nueva constante de proporcionalidad C recibe el nombre de capacidad calorífica C = Q/(T Tf - Ti) y representa la cantidad de calor que cede o toma el cuerpo al variar su temperatura en un grado. A diferencia del calor específico, la capacidad calorífica es una característica de cada cuerpo y se expresa en el SI en J/K. Su relación con
  3. 3. el calor específico resulta de comparar las ecuaciones (8.6) y (8.7) en las que ambas magnitudes están presentes: C = m.ce De acuerdo con esta relación, la capacidad calorífica de un cuerpo depende de su masa y de la naturaleza de la sustancia que lo compone.CALOR LATENTESe define como la cantidad de calor que necesita una sustancia para pasar del estado sólido a líquido o de líquido a gas sincambio de temperatura. En el caso del agua, el calor latente de fusión del hielo se define como la cantidad de calor que necesita un gramo de hielopara pasar del estado sólido al líquidomanteniendo la temperatura constante en el punto de fusión (273 k). Calor latente de fusión del hielo a 0 ºC, 80 cal/g Calor latente de evaporación del agua a 100 ºC, 540 cal/g
  4. 4. DILATACION TERMICA Cuando la temperatura de un cristal varia, se produce un cambio en sus dimensiones(dilata o contrae), y a menudo deforma, que se conoce como dilatación térmica. Cuando se recupera la temperatura inicial, se recuperan las dimensiones y la forma, y por tanto, el fenómeno es reversible. Un incremento de temperatura implica, normalmente, un aumento de las distancias interatómicas (y por tanto, una dilatación) debido al incremento de la vibracióntérmica de cada uno de los átomos. Si imaginamos un sistema sencillo formado por dosátomos enlazados, a 0ºK el sistema es estático, no hay vibración térmica y los centros de los átomos se encuentran a una distancia determinada d0.Al aumentar la temperatura, los átomos vibran alrededor de posiciones de equilibrio, y por tanto, la distancia promedio entre los dos centros (d1) es mayor y el sistema dilata. En la figura, para simplificación se ha representado una vibración esférica alrededor del centro, por bien que en realidad no tiene esta forma). Intuitivamente,es fácil imaginar que a mayor temperatura, más amplia es la vibración, y más grande ladistancia entre los átomos, con el límite de estabilidad del sistema (transformación o fusión, en el caso de los cristales).En los cristales, la situación es más compleja porqué el sistema es tridimensional, conenlaces de diferentes energías, y existen interacciones entre los átomos, y por tanto,el aumento de temperatura no siempre implica un aumento de las distancias, si no que, a veces, hay contracción. Hasta en cristales formados por una solo tipo de átomos, a menudo los enlaces endiversas direcciones son diferentes (este es el caso del grafito o de los polimorfos del azufre, por ejemplo), y por tanto, es de esperar comportamientos diferentes en las diferentes direcciones. Esto lleva a suponer que el fenómeno puede ser, frecuentemente, anisotrópico.Siendo la dilatación térmica anisotrópica, las diferentes variaciones de dimensiones enlas diversas direcciones puede causar la deformación de los poliedros de coordinacióny la variación de las dimensiones de la celda fundamental. De hecho, estas variaciones son del orden de 10-5 A/ºC.
  5. 5. Dilatación Linear 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).Dilatación Superficial La dilatación superficial corresponde a la variación del área de una placa, cuandosometida a una variación de temperatura. Las figuras a continuación, representan una placa rectangular a temperatura To a temperatura T >To.
  6. 6. Dilatación Volumétrica En este tipo de dilatación, vamos a considerar la variación del volumen, esto es, la dilatación en las tres dimensiones del sólido (longitud ancho y altura). Veamos el ejemplo del cuadro debajo: ¿PORQUE EN EL DESIERTO DE DIA HACE CALOR Y DE NOCHE MUCHO FRIO? Debido a la escasez de nubes, el desierto recibe mucha radiación solar en el día. Hay poca vegetación, por lo que el suelo se calienta rápidamente y alcanza temperaturas de hasta 58° C.De noche el efecto se invierte. Al ponerse el sol, la combinación de poca vegetación ycielo despejado hace que no haya nada que atrape el calor, así que la temperatura baja muchísimo, a veces hasta menos de 0° C.

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