Calor y energía

1 F SICA Y QU MICA 145 Antes de empezar 1. Aclarando conceptos .. p g. 148 Energ a t rmica y temperatura Energ a t rmica y Calor Calor y temperatura Equilibrio t rmico 2. Transmisi n y efectos del Calor .. p g. 155 C mo se transmite el Calor La dilataci n de los cuerpos Los cambios de estado 3. El term metro y la medida del Calor . p. 162 Una escala de temperatura Temperatura absoluta Calor espec fico Buscando el equilibrio Calor de cambio de estado 4. Equivalencia entre Calor y energ a . p g. 170 La experiencia de Joule Fricci n y Calor M quinas y Calor Ejercicios para practicar Para saber m s Resumen Autoevaluaci n Actividades para enviar al tutor Objetivos En esta quincena aprender s a: Diferenciar conceptos como Calor , temperatura y energ a t rmica. Explicar c mo se transmite el Calor . Explicar c mo se mide la temperatura. Comprender efectos del Calor como la dilataci n de los cuerpos y los cambios de estado.

2 Medir el Calor transmitido entre dos cuerpos. Calcular conversiones de energ a mec nica en Calor y viceversa. Calor y energ a 7 146 F SICA Y QU MICA F SICA Y QU MICA 147 Recuerda Antes de empezar, conviene que repases algunos conceptos aprendidos en la quincena anterior: Qu es la energ a t rmica? Qu es la energ a radiante? Qu es el Calor ? Qu es una Calor a? Antes de empezar Si entiendes bien esos conceptos, podr s contestar correctamente estas preguntas: Si has reflexionado bien sobre estas preguntas te habr s dado cuenta de que: El fr o no existe. Un cuerpo parece fr o cuando la energ a t rmica de sus part culas es baja. Cuando entramos en contacto con un cuerpo con part culas de baja energ a t rmica, le cedemos energ a propia. De ah la sensaci n de fr o. La frigor a no es m s que la p rdida de una Calor a.

3 Calor y energ a 148 F SICA Y QU MICA 1. Aclarando conceptos Temperatura y energ a t rmica Ya sabemos que la energ a t rmica se debe al movimiento de las part culas que forman la materia y que la temperatura es una propiedad, medida por los term metros, que permite diferenciar cuerpos calientes y fr os. Qu relaci n hay entre estas magnitudes? Fij monos en la escena de la derecha y tratemos de contestarnos las siguientes preguntas: Tienen todas las part culas del gas la misma energ a? Qu ocurre despu s de subir o bajar la temperatura (arrastrando el punto rojo) en las part culas del gas? Reflexionando sacar s las siguientes conclusiones: A una temperatura determinada las part culas de un cuerpo tienen diferentes energ as (se mueven a diferentes velocidades). Cuando la temperatura asciende, el conjunto de las part culas se mueven m s r pido (tienen m s energ a), aunque algunas pueden seguir siendo muy lentas.

4 Cuando la temperatura desciende, el conjunto de las part culas se mueve m s lentamente (tienen menos energ a), aunque algunas se muevan algo m s r pidamente. Estas ideas son ciertas independientemente del n mero de part culas. En la escena observamos un gas encerrado en un recipiente y un term metro que nos marca su temperatura. Cada part cula del gas va acompa ada de su vector velocidad correspondiente. Cuando la velocidad es peque a, los vectores velocidad adquieren la forma de letras v indicando la direcci n del movimiento. Obviamente, si la temperatura, y por lo tanto la velocidad media de las part culas, es alta, los choques de las part culas con las paredes son m s violentos y el gas ejercer m s presi n. Aunque no podamos medir directamente la velocidad de las part culas, su presi n y la temperatura son sus indicadores macrosc picos. Calor y energ a Calor y energ a F SICA Y QU MICA 149 EJERCICIOS RESUELTOS Cuestiones r pidas sobre energ a t rmica y temperatura 1.

5 Qu energ a t rmica es mayor: la de una piscina con agua a 20 C o la de un vaso de agua a 25 C? a) La de la piscina . b) La del vaso de agua. c) Ambas por igual. d) No contienen energ a t rmica, sino Calor . 2. Qu energ a t rmica media es mayor: la de una piscina con agua a 20 C o la de un vaso de agua a 25 C? a) La de la piscina . b) La del vaso de agua. c) Ambas por igual. d) Todas las part culas tienen la misma energ a. 3. Completa la siguiente frase: Cuando se calienta un gas a) Aumenta su temperatura, pero no su energ a t rmica. b) Aumenta su energ a t rmica, pero no su temperatura. c) Aumentan tanto la temperatura como la energ a t rmica. d) El producto de su energ a t rmica por su temperatura se mantiene constante. (Para que nos sea til como aprendizaje, no debemos leer la soluci n antes de intentar contestar el test) GGGGGGGGGGS oluci nGGGGGGGGGG 1. (a) 2. (b) 3. (c) 150 F SICA Y QU MICA Calor y energ a t rmica Cuando un cuerpo aumenta su energ a t rmica se est calentando, es decir recibiendo Calor .

6 Cuando un cuerpo disminuye su energ a t rmica se est enfriando, es decir, perdiendo Calor . De esta forma, el Calor no es m s que una forma de denominar a los aumentos y p rdidas de energ a t rmica. El Calor puede provenir de una conversi n de una energ a en otra. En la escena de la derecha el Calor proviene de la energ a qu mica (por combusti n). A medida que pasa el tiempo la energ a producida por el mechero es absorbida como Calor , invirti ndose en aumentar la energ a t rmica del gas y, por tanto, su energ a t rmica media que se reflejar en un aumento de la temperatura observable. En esta escena utilizamos unidades arbitrarias de Calor y energ a media porque, dado el gran n mero de part culas que componen el gas, la energ a por part cula es tan peque a que no resulta interesante medirla en unidades del A n as , podemos concluir que: El Calor es la variaci n de la energ a t rmica de un cuerpo.

7 Por lo tanto, el Calor no es una magnitud independiente que se pueda almacenar en los cuerpos. La magnitud que aumenta o disminuye en un cuerpo es su energ a t rmica y estas variaciones se reflejar n en la variaci n de la temperatura. M s adelante veremos una excepci n, un caso en que la absorci n de energ a en forma de Calor no produce una variaci n de temperatura, aunque s se traduzca en una variaci n de la energ a interna de un cuerpo. Otro aspecto interesante que debemos se alar es la dificultad de medir la energ a t rmica media de las part culas de un cuerpo de forma directa. Para poder medirla de alguna forma necesitamos recurrir a alguna propiedad macrosc pica relacionada con ella, como la longitud de la columna de mercurio de un term metro. En la escena, un gas se calienta por la acci n de un mechero. A medida que pasa el tiempo, el mechero habr producido m s energ a que se absorber por el gas en forma de Calor , aumentando su energ a t rmica media, es decir, su temperatura.

8 Calor y energ a Calor y energ a F SICA Y QU MICA 151 EJERCICIOS RESUELTOS Cuestiones r pidas sobre energ a t rmica y Calor 1. A igualdad de temperatura, al comparar el agua de una piscina y el de un dep sito a) la piscina almacena m s Calor que el dep sito. b) la piscina almacena m s energ a t rmica que el dep sito. 2. Cuando un cuerpo cede Calor a) absorbe fr o en su lugar. b) su energ a t rmica disminuye. 3. Si dos cuerpos de la misma naturaleza y masa poseen la misma temperatura a) los dos almacenan la misma cantidad de Calor . b) los dos almacenan la misma cantidad de energ a t rmica. 4. Respecto a la energ a t rmica de un cuerpo podemos decir que a) el Calor es id ntico, ya que se trata de dos conceptos sin nimos. b) el Calor es una variaci n de esa energ a t rmica. (Para que nos sea til como aprendizaje, no debemos leer la soluci n antes de intentar contestar el test) GGGGGGGGGGS oluci nGGGGGGGGGG 1.

9 (b) 2. (b) 3. (b) 4. (b) 152 F SICA Y QU MICA Calor y temperatura Aunque en un apartado posterior estudiaremos con alg n detalle las escalas termom tricas, ya estamos lo suficientemente familiarizados con el term metro como para poder entender su uso como instrumento de medida del Calor ganado o perdido por un cuerpo. En la escena de la derecha calentamos un recipiente con una cantidad medida de agua. Si registramos la temperatura en diferentes momentos, podemos obtener una curva de calentamiento como la que observamos en la parte inferior. En la gr fica resulta evidente que en el tramo de temperaturas observado, la temperatura var a proporcionalmente con el tiempo. Por lo tanto, suponiendo que la fuente de Calor ha actuado de forma similar todo el tiempo, podremos decir que el Calor absorbido por el agua es proporcional a la variaci n de su temperatura.

10 De esta experiencia podemos extraer una definici n de la unidad de Calor : La Calor a es el Calor que hay que suministrar a 1g de agua para que aumente 1 C su temperatura. En realidad, la definici n oficial describe la Calor a como: la cantidad de energ a necesaria para elevar la temperatura de un gramo de agua destilada de 14,5 a 15,5 a nivel del mar (una atm sfera de presi n). En esta definici n se tiene en cuenta que el ascenso de la temperatura con el tiempo no es exactamente igual en todos los tramos de temperatura y que depende de factores como la pureza del agua (por eso debe usarse agua destilada) o la presi n del aire. Conviene que sepamos que la Calor a de la que se habla en la alimentaci n es en realidad la kilocalor a. Si nos dicen que cierta fruta nos proporciona una Calor a, en realidad hay que entender que con ella obtenemos 1000 Calor as.