Fisica Termodinamica

Contenido:

Tema 8. Calor

8.1 Concepto de calor

El calor es la energía que se transmite de un cuerpo (sustancia) a otra en función de una diferencia de temperaturas. Se da también una transferencia de calor cuando se realiza un cambio de fase de una sustancia.

Conceptos importantes de calor:

a. Caloría: es el calor necesario para elevar la temperatura en un grado Celsius, de un gramo de agua.

b. Calor específico: es el calor necesario para elevar la temperatura en un grado Celsius, de un gramo de una sustancia.

c. Calor latente de fusión: es el calor que se agrega a un gramo de una sustancia para cambiarla del estado sólido a líquido, sin cambiar su temperatura.

d. Calor latente de solidificación: es el calor que se extrae a un gramo de una sustancia para cambiarla del estado líquido a sólido, sin cambiar su temperatura.

e. Calor latente de vaporización: es el calor que se agrega a un gramo de una sustancia para cambiarla del estado líquido a vapor, sin cambiar su temperatura.

f. Calor latente de condensación: es el calor que se extrae a un gramo de una sustancia para cambiarla de los estados vapor a líquido, sin cambiar su temperatura.

g. Ecuación de calor en cambio de temperatura: si un cuerpo o sustancia es sometido a un cambio de temperatura, el calor que experimenta se determina por la ecuación:

Q es el calor, m la masa de la sustancia, ΔT el cambio de temperatura, c es el calor específico de la sustancia.

h. Ecuación de calor en cambio de fase: si un cuerpo o sustancia es sometido a un cambio de fase, el calor que experimenta se determina por la ecuación:

Q es el calor, m la masa de la sustancia, L es el calor latente, que puede ser de fusión, solidificación, vaporización o condensación, según sea el caso del cambio de fase.

8.2 Equilibrio térmico y ley cero de la termodinámica

Para medir la temperatura del cuerpo, colocamos el termómetro en contacto con el cuerpo, y después de cierto tiempo, el sistema alcanza lo que se conoce como el equilibrio térmico, en donde los tres elementos que son la piel, el vidrio y el mercurio alcanzan la misma temperatura.

Esto es cuando están a la misma temperatura, al analizar bien esta situación se observa que hay 3 cuerpos relacionados, en donde dos de ellos están en contacto, es decir: el cuerpo (objeto A) está en contacto con el vidrio (objeto B) del termómetro, y este a su vez, está en contacto con el mercurio (objeto C) dentro del termómetro, que finalmente va a expandirse o contraerse, debido a un cambio de temperaturas, y así registrar la lectura del valor de la temperatura del cuerpo. Este fenómeno físico, se generaliza en el siguiente principio conocido como ley cero de la termodinámica.

En el caso anterior, nos damos cuenta que los objetos A, B y C, no están inicialmente en equilibrio térmico, pero al ponerlos en contacto, después de cierto tiempo y debido a la interacción térmica y flujo de calor entre ellos, se logra que alcancen el equilibrio térmico, lo que da lugar al siguiente enunciado de este principio:

A (el cuerpo) y C (el mercurio) no están inicialmente en equilibrio térmico, pero B (el vidrio) se pone en contacto con A y C, de tal manera que B alcanza el equilibrio térmico con A y C, por lo tanto se concluye que A y C también alcanzan el equilibrio térmico.

8.3 Calorimetría

Calorimetría se refiere a la medición del calor, el cual se presenta cuando hay cambios de temperatura o bien cambios de fase. Si se introduce una cuchara metálica fría en una taza con café caliente, la cuchara se calienta y el café se enfría hasta alcanzar el equilibrio térmico, que se logra debido a la transferencia de energía térmica de la sustancia más caliente a la otra, en este caso del café a la cuchara. Esta

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