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EL CALOR Y SUS PROPIEDADES

EL CALOR Y SUS PROPIEDADES

Física 2 / II Semestre

Física 2 / II Semestre

Profr. SamarripaProfr. Samarripa

CALOR Y SUS PROPIEDADES

¿QUÉ ES EL CALOR?:

CALOR: Es la transferencia de energía entre

diferentes cuerpos o diferentes zonas de un mismo cuerpo que se encuentran a distintas temperaturas. Este flujo siempre ocurre desde el cuerpo de mayor temperatura hacia el cuerpo de menor temperatura, ocurriendo la transferencia de calor hasta que ambos cuerpos se encuentren en equilibrio térmico.

Es la energía que se agrega a un cuerpo y le produce una elevación de su temperatura.

La energía puede ser transferida por diferentes mecanismos, entre los que cabe reseñar la radiación, la conducción, la convección, aunque en la mayoría de los procesos reales todos se encuentran presentes en mayor o menor grado.

FORMAS DE PROPAGACIÓN

RADIACIONEl fenómeno de la radiación consiste en la propagación de energía en forma de ondas

electromagnéticas (rayos UV, rayos gamma, etc.) o partículas subatómicas a través del

vacío o de un medio material.Si la radiación transporta energía suficiente como para provocar ionización en el medio que atraviesa, se dice que es una radiación

ionizante. En caso contrario se habla de radiación no ionizante. El carácter

ionizante o no ionizante de la radiación es independiente de su naturaleza corpuscular u

ondulatoria.

CONDUCCIÓN

La conducción de calor es un mecanismo de transferencia de

energía térmica entre dos sistemas basado en el contacto directo de sus partículas sin flujo neto de materia y que tiende a igualar

la temperatura dentro de un cuerpo y entre diferentes cuerpos en contacto

por medio de ondas.La conducción del calor es muy

reducida en el espacio vacío y es nula en el espacio vacío ideal, espacio sin

energía.

La conducción térmica está determinada por la ley de Fourier. Establece que la tasa de transferencia de calor por conducción en una dirección dada, es proporcional al área normal a la dirección del flujo

de calor y al gradiente de temperatura en esa dirección.

Donde:es la tasa de flujo de calor que atraviesa el área A en

la dirección xK (o λ) es una constante de proporcionalidad

llamada conductividad térmicaT es la temperatura

t es le tiempo

CONVECCIÓN La convección  se caracteriza

porque se produce por intermedio de un fluido (aire, agua) que transporta el calor

entre zonas con diferentes temperaturas. La convección se produce únicamente por medio de materiales fluidos. Estos, al

calentarse, aumentan de volumen y, por lo tanto, su densidad disminuye y

ascienden desplazando el fluido que se encuentra en la parte superior y que está a menor

temperatura.

Lo que se llama convección en sí, es el transporte de calor por medio de las corrientes ascendente y descendente del fluido.

UNIDADES DE CALOR

La unidad de medida del calor en el Sistema Internacional de

Unidades es la misma que la de la energía y el trabajo: el joule.

Otra unidad ampliamente utilizada para medir la cantidad de energía

térmica intercambiada es la caloría (cal), que es la cantidad de energía que hay que suministrar

a un gramo de agua a 1atmósfera de presión para elevar

su temperatura 1 °C

. La caloría también es conocida como caloría pequeña, en comparación con la kilocaloría (kcal), que se conoce como

caloría grande y es utilizada en nutrición.

1 kcal = 1000 cal

1 cal = 4,184 El joule (J) es la unidad de

energía en el Sistema Internacional de Unidades,

(S.I.).El BTU, (o unidad térmica británica)

es una medida para el calor muy usada en Estados Unidos y en

muchos otros países de América. Se define como la cantidad de calor que se debe agregar a una libra de

agua para aumentar su temperatura en un grado

Fahrenheit, y equivale a 252 calorías.

TEMPERATURA Hay que tener bien claro que los

conceptos de calor y temperatura son distintos; como ya hablamos de calor ahora definiremos q es temperatura:

La temperatura es una magnitud referida a las nociones comunes de caliente o frío.

Por lo general, un objeto más "caliente" que otro puede

considerarse que tiene una temperatura mayor, y si es frío, se considera que tiene

una temperatura menor. En física, se define como una magnitud

escalar relacionada con la energía interna de un sistema termodinámico.

DIFERENCIA ENTRE CALOR Y TEMPERATURA

El calor es la energía total del movimiento molecular en una sustancia, mientras temperatura es una medida de

la energía molecular media. El calor depende de la velocidad de las

partículas, su número, su tamaño y su tipo. La temperatura no depende del tamaño, del número o del tipo. Por ejemplo, la temperatura de un vaso

pequeño de agua puede ser la misma que la temperatura de un cubo de agua,

pero el cubo tiene más calor porque tiene más agua y por lo tanto más

energía térmica total.

ESCALAS DE TEMPERATURA

DILATACIÓN TÉRMICA

Se denomina dilatación térmica al aumento de longitud, volumen o alguna

otra dimensión métrica que sufre un cuerpo físico debido al cambio

de temperatura que se provoca en ella por cualquier medio.

DILATACIÓN LINEALLa dilatación lineal es aquella en la cual

predomina la variación en una única dimensión, o sea, en el ancho, largo o

altura del cuerpo.Para estudiar este tipo de dilatación,

imaginemos una barra metálica de longitud inicial L0y temperatura θ0.

DILATACIÓN SUPERFICIALEs aquella en que predomina la variación

en dos dimensiones, o sea, la variación del área del cuerpo

Para estudiar este tipo de dilatación, podemos imaginar una placa metálica

de área inicialS0 y temperatura inicial θ0. Si la calentáramos hasta la

temperatura final θ, su área pasará a tener un valor final igual a S.

DILATACIÓN VOLUMÉTRICA

Es aquella en que predomina la variación en tres dimensiones, o sea, la variación

del volumen del cuerpo.Para estudiar este tipo de dilatación,

podemos imaginar un cubo metálico de volumen inicial V0 y la temperatura inicial θ0. Si lo calentamos hasta la

temperatura final, su volumen pasará a tener un valor final igual a V.