1 Ley De La Termodin Mica

III UNIDAD

“CALOR Y LA PRIMERA
LEY DE LA
TERMODINÁMICA”
1

www.inacap.cl

Calor (Q) y Energía Térmica
• “Se define como la energía cinética total de
todos los átomos o moléculas de una
sustancia”
• Describe la energía que se transfiere de un lugar
a otro, entre el sistema y sus alrededores.
• El flujo de calor es una transferencia de energía
térmica que se produce únicamente como
consecuenciade las diferencias de temperatura
2

www.inacap.cl

3

www.inacap.cl

Energía Interna (U)
• Energía que tiene una sustancia debido a su
temperatura.
• En un gas, mientras mayor sea la temperatura,
mayor será su energía interna.
• También puede haber
transferencia de energía
entre dos sistemas aun
cuando no haya flujo de
calor.
4

www.inacap.cl

• La energía interna es toda la energía quepertenece a un sistema mientras está
estacionario (es decir, no se traslada ni rota,
sin movimiento), incluida la energía
nuclear, la energía química y la energía de
deformación (como un resorte comprimido
o estirado), así como energía térmica.

5

www.inacap.cl

• James Joule (inglés, 1818-1889) encontró que la
energía mecánica que se transforma en calor, es
proporcional al aumento de temperatura. Laconstante de proporcionalidad, llamada calor
específico, es igual a 4,186 J/(g ºC).
• Una caloría, que se conoce como el equivalente
mecánico del calor, es exactamente igual a
4,186 J, sin importar quien produce el aumento
de temperatura:
1 cal = 4,186 J
6

www.inacap.cl

• En la actualidad se reconoce al calor como una
forma de energía, la unidad de medida de calor
en el SI es el Joule, J.
•Algunas de las conversiones más comunes
entres las unidades de calor y energía son las
siguientes:
1 cal = 4,186 J = 3.97x10-3 Btu
1 J = 0.239 cal = 9.48x10-4 Btu
1 Btu = 1055 J = 252 cal
7

www.inacap.cl

Capacidad Calorífica y Calor
Específico
• La capacidad calórica, C, de cualquier sustancia
se define como la cantidad de calor, Q, que se
requiere para elevar la temperatura de una
sustancia en ungrado Celsius.
• La cantidad de energía en forma de calor que se
requiere para cambiar la temperatura de una
masa dada de materia, no es la misma para
todos los materiales.
8

www.inacap.cl

Q = C ΔT
• La capacidad calórica de cualquier sustancia es
proporcional a su masa. Por esta razón es
conveniente definir la capacidad calórica por
unidad de masa, a la que se llama calor
específico, c:
c=C
mwww.inacap.cl

9

Calores específicos de algunos
materiales.

10

www.inacap.cl

• De la definición del calor específico, se puede
determinar la energía calórica Q transferida
entre una sustancia de masa m y los alrededores
para un cambio de temperatura, como:
Q = m c ΔT
• Cuando se agrega calor a una sustancia, Q y ΔT son
ambos positivos y la temperatura aumenta.
• Cuando se le quita calor auna sustancia, Q y ΔT
son ambos negativos y la temperatura disminuye.
11

www.inacap.cl

Ejercicio
• La energía requerida para aumentar la
temperatura de 0.50 kg de agua en 3°C es:
Q = m·c·T
= (0.5)(4186)(3)
= 6.28 x 103 J.
• Donde c = 4186 J/kg °C
12

www.inacap.cl

Ejercicio
• Un trozo de metal de 50 g que se encuentra a 200º C se
sumerge en un envase que contiene 0.4 kg de agua
inicialmente a20º C. Si la temperatura final de
equilibrio del sistema mezclado es 22.4º C, calcular: a)
el calor específico del material, b) el calor ganado por el
agua. Despreciar la transferencia de calor al envase y al
medio ambiente.
• Solución: los datos son cA=4186 J/kgºC, mm = 50g,
Tim = 200ºC, mA = 400g, TiA = 20ºC, Tfm=22.4ºC
=TfA.
13

www.inacap.cl

• a) Al introducir el metal caliente en el aguamas fría, el
metal se enfría y el agua se calienta, alcanzando ambos
22.4º C, es decir, el metal pierde calor y el agua gana
calor.

14

www.inacap.cl

• Reemplazando los valores numéricos, se obtiene:

• b) El calor ganado por el agua es QA = mA cA(TfA - TiA),
con los valores:

15

www.inacap.cl

Ejercicios
1. ¿Qué cantidad de calor se debe aplicar a una barra de
plata de 12 kg para que eleve...