termodinamica

GUÍA DE CLASE N°2 GRADO 11°
UNIDAD 1: Calor y Temperatura
Cantidad de Calor:
C =   Q = c.m.
Ejemplos:
1. ¿Cuántas calorías se necesitan para calentar 0,5 kg de agua, desde 20°C hasta 100°C?
2. Considerando el ejercicio anterior, ¿cuál será el calor que se manifiesta si esa cantidad de agua se enfría de 100°C a 20°C?.
3. ¿Qué cantidad de calor es necesario suministrar a un trozo dehierro de 6 kg para que su temperatura suba 300°C?
4. ¿Qué cantidad de calor cede un trozo de cobre de 1500 gr que está a la temperatura de 160°C si se enfría a 50°C?
CALOR LATENTE (L): Es la cantidad de energía calórica necesaria para que 1 kg de masa de una sustancia cambie de estado.
Si se simboliza el calor latente por L, tenemos: Q = m L
CALOR LATENTE DE ALGUNAS SUSTANCIAS
SUSTANCIA
PUNTODE FUSIÓN ºC
CALOR DE FUSIÓN Cal
PUNTO DE EBULLICIÓN ºC
CALOR DE VAPORIZACIÓN Cal
Agua
0
79,7
100
539
Alcohol
-114
24,9
78
204
Anhídrido sulfuroso


138
50
Azufre
119
13,2
444

Mercurio
-39
2,82
357
65
Nitrógeno
-210
6,09
-196
48
Oxígeno
-219
3,3
-183
51
Plata
961
21,2


Platino
1775
27,2


plomo
327
5,86


Ejemplo:
Cuánto calor se debe suministrara 100 g de hielo a 10ºC para convertirlos en vaporde agua a 110ºC en condiciones normales.
Solución:
Este problema se debe solucionar siguiendo varios pasos:
a) Se calcula el calor que se suministra al hielo para elevar su temperatura de -10ºC a 0ºC
Q = m c (tf – ti)
Q = (100 g)(0,5cal/gºC)(0ºC – (-10ºC)) = 500 cal.
b) Se calcula el calor que se suministra para volverlo agua sin aumentar la temperatura:
Q2 = m L
Q2 = (100 g) (79,7 cal/g) =7970 cal.
c) Luego, se halla el calor que se suministra al agua a 0ºC para elevar su temperatura a 100ºC:
Q3 = m c (tf – ti)
Q3 = (100 g)(1 cal/g ºC)(100ºC – 0ºC)
Q3 = 10000 cal.
d) Para convertir al agua a 100ºC en vapor se debe suministrar una cantidad adicional de calor.
Q4 = m L
Q4 = (100 g)(539 cal/g) = 53900 cal
e) Por último, se debe calcular el calor que se suministra al vapor para elevar sutemperatura hasta 110ºC
Q5 = m c (tf – ti)
Q5 = (1 cal/g ºC)(100ºC)(110ºC – 100ºC) = 1000 cal.
f) El calor total que se suministra es la suma de todos los calores anteriormente calculados:
QT = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5
QT = 500 cal + 7970 cal + 10000 cal + 53900 cal + 1000 cal.
QT = 77370 cal.

DILATACIÓN TÉRMICA: Cuando a un cuerpo se le suministra calor, internamente sus moléculas entran enmovimiento que hacen que las partículas se alejen unas de las otras produciendo un aumento en sus dimensiones, llamada dilatación térmica y este fenómeno se presenta en cualquier estado de la materia.
Por lo general, el calor provoca dilatación, excepto algunos cuerpos como lo es el caso excepcional del agua que al variarle sus temperaturas de 0°C a 4°C se contrae y solo por encima del 4°Cexperimenta el fenómeno de la dilatación.

CLASES DE DILATACIÓN
De acuerdo a las afectaciones que sufra una o más dimensiones de un cuerpo, por efecto de calor, las dilataciones pueden ser:
1. Dilatación lineal
2. Dilatación superficial (De superficie)
3. Dilatación volumétrica.
1. DILATACIÓN LINEAL: La dilatación lineal es aquella que se presenta cuando el calor afecta una única dimensión de un cuerpo, osea, en el ancho, largo o altura del cuerpo; donde  = es una constante de proporcionalidad característica del material que constituye la barra, denominada como coeficiente de dilatación térmica lineal. Y tiene como unidad C-1 o 1/C.
Matemáticamente podemos decir que la dilatación es:
 ΔL = Lf – Li (I) pero también:
ΔL = Li . . (II)
Donde:
Li = longitud inicial.
Lf = longitudfinal.
ΔL = dilatación (DL > 0) ó contracción (DL < 0)
Δt = tf – ti (variación de la temperatura)
Igualando las ecuaciones I y II tendremos:
Lf – Li = Li . .
Lf = Li + Li . ., la ecuación de la longitud final será:
Lf = Li (1 + .)




2. DILATACIÓN SUPERFICIAL: Es aquella en que predomina la variación en dos dimensiones: largo y ancho, o sea, la variación del área del cuerpo....