Calor-Termodinamica

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Teoría básica y problemas propuestos de
Calor y Termodinámica

1. Introducción.
2. Objetivo general
3. ¿Qué es la temperatura y el calor?
4. Escalas para medir la temperatura.
5. Efecto de la temperatura sobre la materia.
6. Dilatación térmica
7. Mecanismo de transferencia de calor
8. Calor latente y calor sensible
9. Energía específica transferida por una sustancia: calorespecífico
10. Leyes fundamentales de la termodinámica
11. Procesos térmicos en gases ideales
12. Problemas propuestos con respuestas
13. Preguntas de razonamiento
14. Problemas propuestos sin respuestas
15. Bibliografía recomendada

INTRODUCCIÓN
Al analizar situaciones físicas, la atención generalmente se enfoca en alguna porción de la materia que se separa en forma imaginaria del medio ambienteque le rodea. A tal porción se le denomina el sistema. A todo lo que esta fuera del sistema, y que tiene una participación directa en su comportamiento, se le llama medio ambiente o entorno. Después, se determina el comportamiento del sistema, encontrando la forma en que interactúa con su entorno.
Un concepto esencial de la termodinámica es el de sistema macroscópico, que se define como unconjunto de materia que se puede aislar espacialmente y que coexiste con un entorno infinito e imperturbable. El estado de un sistema macroscópico en equilibrio puede describirse mediante propiedades medibles como la temperatura, la presión o el volumen, que se conocen como variables termodinámicas. Ahora bien, en el análisis de sistemas tiene vital importancia la cuantificación del “calor”, el cual serefiere a la transferencia de energía de una parte a otra de un cuerpo, o entre diferentes cuerpos, en virtud de una diferencia de temperatura.
En este material instruccional se introducirá primero la diferencia entre temperatura y calor, para luego presentar las escalas termométricas. En forma sucinta se discutirá el efecto de la temperatura sobre la materia, enfatizando en las dilatacionestérmicas: lineal, superficial y cúbica. Un apartado sobre los mecanismos de transferencia de calor se incluirá a fin de introducir las ecuaciones generales que gobiernan la conducción, convección y radiación.
Por otro lado, se estudiará la manera de cuantificar el calor latente, de vaporización, de fusión, de combustión y sensible en los procesos físicos, asimismo, se introducirá el concepto decalor específico. Por último, se explicará la ley cero y la primera ley de la termodinámica y como a partir de ellas se caracterizan los procesos térmicos que involucren gases ideales. Al final, se ofrecerá una recopilación de algunos problemas que han formado parte de las evaluaciones de cohortes precedentes.

OBJETIVO GENERAL
Al término de éste módulo, el estudiante tendrá la habilidad y pericianecesaria para aplicar los conceptos básicos de calor y termodinámica a problemas prácticos que involucren sistemas en donde se transfiera energía térmica.

CONTENIDOS
1. Calor y Temperatura.
2. Escalas termométricas.
3. Dilatación: lineal, superficial y volumétrica.
4. Calor: latente y sensible.
5. Ley cero de la termodinámica.
6. Primera ley de la termodinámica.
7. Mecanismos de transferenciade calor: conducción, convección y radiación.
8. Procesos con gases ideales: isobárico, isocorico, isotérmico y adiabático.
9. Calor específico: a volumen constante y presión constante.
CONOCIMIENTOS PREVIOS
1. Cálculo integral: aplicaciones de integrales definidas con condiciones iniciales.
2. Ley de conservación de la energía.
3. Operaciones con logaritmos: suma, resta, multiplicación ydivisión.

DESARROLLO TEÓRICO
1.1 ¿Qué es la temperatura y el calor?
El calor en física se refiere a la transferencia de energía de una parte a otra de un cuerpo, o entre diferentes cuerpos, en virtud de una diferencia de temperatura. El calor es energía en tránsito; siempre fluye de una zona de mayor temperatura a una zona de menor temperatura, con lo que eleva la temperatura de la segunda y reduce la...