segundo parcial fisica 2

Cantidad de calor

Calor es una forma de energía almacenada en los cuerpos que depende del estado de vibración de sus moléculas y el tipo de estructura que lo forma. Entre mayor es la vibración de las moléculas tiene mayor calor.

   La cantidad de calor (Q) se define como la energía térmica necesaria para elevar una temperatura de masa dada. 

Unidades de calor

   Caloría (cal). Cantidad de calor necesaria para elevar un grado Celsius la temperatura de un gramo de agua.

                                                                   1 cal = 4.186 j

•       Kilocaloría (kcal) Cantidad de calor necesaria para elevar un grado Celsius la temperatura de un kilogramo de agua.

•        La cantidad de energía térmica que se necesaria para elevar la temperatura de una sustancia 

Calculo de la cantidad de calor

La cantidad de calor se calcula mediante la siguiente fórmula: Q=mCe (Tf -To) en la cual "m" es la masa, Ce es el calor específico, To es la temperatura inicial y Tf la temperatura final. Por lo tanto Tf – Ti = ΔT (variación de temperatura). Siendo Ce. el calor especifico, "m" la masa y T, T0 las temperaturas inicial y final.

Calor latente

    Se define como la cantidad de calor que necesita una sustancia para pasar de estado sólido a líquido (calor de fusión) o de líquido a gas (calor de vaporización) sin cambio de temperatura. Se debe tener en cuenta que esta energía en forma de calor se invierte para el cambio de fase y no para un aumento de la temperatura.

•       Por ejemplo el hielo:

Cuando se aplica calor a un trozo de hielo, va subiendo su temperatura hasta que llega a 0 °C (temperatura de cambio de estado); a partir de ese momento, aunque se le siga aplicando calor, la temperatura no cambiará hasta que se haya fundido del todo. Esto se debe a que el calor se emplea en la fusión del hielo. Una vez fundido el hielo la temperatura volverá a subir hasta llegar a 100 °C; desde ese momento, la temperatura se mantendrá estable hasta que se evapore toda el agua.

    En la imagen se observa que:

-En el tramo AB observamos que hay un cambio de temperatura por lo tanto es calor especifico

-En el tramo BC  observamos que no hay cambio de temperatura por lo tanto es calor latente

-En el tramo CD observamos que hay variación de temperatura por lo tanto es calor especifico

-En el tramo DE  observamos que no hay variación de temperatura por lo tanto es calor latente 

Tipos de calor latente

 Calor de evaporización: Es la energía necesaria para cambiar 1 gramo de sustancia en estado líquida, al estado gaseoso en el punto de ebullición. Esta energía rompe las fuerzas atractivas intermoleculares y también debe proveer la energía necesaria para expandir el gas. Siendo la cantidad de energía absorbida durante el proceso de evaporación de un líquido en ebullición

  

Calor de fusión: Se llama "calor de fusión", la energía necesaria para cambiar 1 gramo de sustancia en estado sólido, a estado líquido, sin cambiar su temperatura. Esta energía rompe los enlaces de sólidos, y queda una significativa cantidad, asociada con las fuerzas intermoleculares del estado líquido.

  Calor de sublimación: Es la energía necesaria para producir el cambio de estado de sólido al estado gaseoso sin pasar por el estado líquido. Al proceso inverso se le denomina deposición o sublimación regresiva; es decir, el paso directo del estado gaseoso al estado sólido.

  Calor de condensación: Calor que es liberado por la masa de un gas que se encuentra en su punto de ebullición al condensarse en un fluido.

Calor de solidificación: Cantidad de calor que desprende la masa de un líquido al solidificarse a su temperatura de congelación.

EJEMPLO PARA DETERMINAR CANTIDAD DE CALOR CON AYUDA DEL CALOR LATENTE Y CALOR ESPECÍFICO.

 Un cubo de hielo de 20 gr a 0 ºC se calienta hasta que 15 gr se han convertido en agua a 100 ºC y 5gr se han convertido en vapor. ¿Cuánto calor se necesitó para lograr esto?

  El calor necesario para derretir el hielo, llamémoslo Q1, se calcula de la siguiente manera:

       Q 1 = m . LF

 Donde LF es el calor de fusión del agua, que vale 80 cal/gr, y es el calor        necesario para derretir hielo a 0 ºC, por gramo de hielo. Entonces:

   

                  Q1 = 20 gr . 80 cal/gr = 1.600 cal

Con esa cantidad de calor tendremos 20 gr de hielo a 0 ºC. Toda la masa de agua debe alcanzar la temperatura de 100 ºC. entonces calculemos el calor necesario para hacer eso solo.

 Llamémoslo Q2.

Q2 = m .c . ΔT

Donde m es la masa de agua, c es su calor específico que vale 1 cal/gr°C, y ΔT es el aumento de temperatura, o sea, 100 ºC. Entonces:

 Q2 = 20 gr . 1 cal/gr°C . 100 °C = 2.000 cal

  El calor necesario para evaporar 5 gr de agua a 100 °C, llamémoslo Q3.

  se calcula de la siguiente manera:

          Q 3 = m . LV

Donde LV es el calor de vaporización del agua, que vale 540 cal/gr, y es el calor necesario para evaporar agua a 100 ºC, por gramo de agua. Entonces:

        

          Q3 = 5 gr . 540 cal/gr = 2.700 cal 

   Finalmente, el calor necesario para desarrollar todo el proceso descripto en el enunciado no es otro que la suma de los procesos intermedios:

  Q = Q1 + Q2 + Q3

  Q= 1600 cal + 2000 cal + 2700 cal

  Q = 6300 cal.

Cambio de fase

  

 Es la transformación física que experimenta una sustancia saturada pura al recibir o entrega

cierta cantidad de calor. Durante el cambio de fase la sustancia experimenta un reordenamiento

molecular, adoptando nuevas propiedades físicas y perdiendo otras. En general la sustancia puede

encontrarse en tres fases, Sólido, líquido y gaseoso.

Punto triple

   Se denomina así, al valor que adoptan la temperatura y presión de saturación, en la que la sustancia se halla en las tres fases (Sólido, líquido y gas), esto es en que las tres fases coexisten simultáneamente.

 Por ejemplo para el agua, los valores de la temperatura y presion, en el puntor triple se da cuando, la temperatura T =0.01ºC y P=611.3 Pa.

       La línea verde marca el Punto de congelación, la azul, el punto de ebullición y la roja el punto de sublimación. Se muestra como estos varían con la presión. El punto de unión entre las líneas verde, azul y roja es el punto triple. La línea con puntos muestra el comportamiento anormal del agua.

Equivalente mecánico de calor

Es el factor de conversión que permite transformar la energía térmica (caloría) en energía mecánica (Joule) así, tenemos que:

1 cal = 4.186 Jouls (1cal= 4.186J ) ó 1 J = 0.239 cal

Ciclo del agua

El ciclo del agua

En la atmósfera, con la ayuda del aire y del Sol, el vapor de agua se convierte en humedad, niebla, neblina, rocío, escarcha y nubes. Y como nieve sobre las montañas, o como lluvia o granizo en los valles, se escurre, desliza o se filtra en la tierra, donde la recogen los ríos, y de los ríos va al mar. El mar retiene la sal del agua que recogió del suelo, la tierra y las rocas que se encontraban en los lugares por donde pasa el río, la envía a la atmósfera, pura y evaporada.

De la atmósfera, el agua cae como lluvia baja sobre los prados, los campos, nutre las cosechas y la fruta, y corre por los troncos, ramas de las plantas y árboles, llenándolos de flores. Al encontrar grietas en las rocas y en el suelo, el agua penetra hacia adentro de la tierra, formando los ríos subterráneos que llenan los pozos, a veces sale en pequeñas cascadas o manantiales. A todo este proceso se le llama el Ciclo del agua, o ciclo Hidrológico, gracias a él, probablemente tú volverás a beber esta misma agua cien veces durante toda tu vida.