Calor y temperatura

El calor describe los fenómenos térmicos, describiremos principalmente dos cantidades físicas llamadas calor y temperatura. El calor es una forma de energía y se puede expresar en unidades de energía definidas en mecánica. Pero la temperatura no se puede definir en términos de las tres cantidades fundamentales, a saber, longitud, masa, tiempo. Así, la temperatura es una nueva cantidad fundamental de un tipo diferente de las cantidades fundamentales anteriores. 

A partir del descubrimiento de un termómetro por Galileo a fines del ^siglo XVI, la larga historia de la termometría y el establecimiento del concepto de temperatura es una historia propia interesante; pero podemos entender simplemente que la temperatura es la lectura de la escala de un termómetro adecuado colocado en estrecho contacto con el objeto. La temperatura se utiliza para medir el frío o calor del cuerpo.

Calor

El calor es perceptible solo cuando pasa de un cuerpo a otro. Como resultado de la comunicación de calor, la temperatura del receptor aumenta y la temperatura del donante disminuye. Por lo tanto, la cantidad de calor que una sustancia emite o recibe solo puede medirse.

El calor es una forma de energía que se transfiere entre dos cuerpos debido a la diferencia de temperatura que existe entre ellos.

En principio, el calor ganado o perdido por una sustancia se mide por el principio calorimétrico. La unidad de calor llamada gramo-caloría o simplemente caloría es la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de 1 g de agua en 1 °C. A continuación se enumeran otras unidades de calor.

Unidades de Calor:

Unidad	masa de agua	Temperatura. cambio	Gramo-caloría o Caloría.
gramo-caloría	1 g	1°C	1
kilogramo de calorías	1 kilogramo	1°C	1000
Termia	10 5 libras	1°F	2.52×10 7
B. Jue. tu	1 libra	1° f	252
Joule	–	–	0.24

Caloría: Una caloría es la cantidad de calor que se le debe dar a 1g de agua para elevar su temperatura en 1°C. 

Kilogramo caloría: Un kilogramo caloría es igual a 1000 calorías, es decir, es la cantidad de calor que se le debe dar a 1000 g de agua para elevar su temperatura en 1°C.

Calor específico: Es la relación entre la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de una unidad de masa de la sustancia en un determinado rango de temperatura y la cantidad de calor necesaria para utilizar la temperatura de la unidad de masa de agua en el mismo rango. de temperatura

Calor específico = (Calor requerido para elevar la unidad de masa de una sustancia en 1°)/(Calor requerido para elevar la unidad de masa de agua en 1°) 

El calor específico es diferente para diferentes sustancias.

Unidad: CGS= “caloría/g°C”, SI= “Joule/kg. Kelvin”

Cantidad de calor absorbido o cedido por un cuerpo al subir o bajar de temperatura.

Calor = masa × calor específico × cambio de temperatura

Capacidad térmica: La capacidad térmica de una sustancia es la cantidad de calor necesaria para elevar su temperatura en 1°.

Capacidad térmica de una sustancia = Masa de la sustancia × Calor específico.

Calor específico=(Capacidad térmica de una sustancia)/(Masa de la sustancia)

Unidad: CGS= “caloría/°C”, SI= “Joule/Kelvin” o “Joule/°C”

Equivalente en agua: El equivalente en agua de un cuerpo se define como la masa de agua que será calentada en 1° por la cantidad de calor que eleva la temperatura del propio cuerpo en 1°.

Agua equivalente del cuerpo, W= ms g

Es obvio que la expresión para el calor perdido o ganado por un cuerpo puede escribirse como Q=Wt

Calor ganado o perdido = Agua equivalente del cuerpo × aumento o disminución de la temperatura.

La temperatura

La temperatura es una medida del grado de calor o es la intensidad del calor sensible. Siempre que dos cuerpos a diferentes temperaturas se ponen en contacto térmico, el calor fluye de uno a mayor temperatura al otro a menor temperatura.

Temperatura: La temperatura se puede definir como la condición térmica de un cuerpo que determina la dirección del flujo de calor, es decir, determina si el cuerpo recibirá calor de otro cuerpo o si le dará calor al mismo. 

El cuerpo humano es bastante sensible a los cambios de temperatura. Pero el sentido del tacto es puramente cualitativo. mientras que el experimento científico requiere que cada cantidad física sea medible. Los instrumentos que se utilizan para medir la temperatura se llaman termómetros.

Diferencia entre calor y temperatura:

Calor	La temperatura
El calor es una forma de energía que se transfiere entre dos cuerpos debido a la diferencia de temperatura que existe entre ellos.	La temperatura define la condición térmica de un cuerpo de temperatura que significa la dirección del flujo de calor. El calor siempre fluye del cuerpo a una temperatura más alta a otro a una temperatura más baja. Cuando la temperatura de los dos cuerpos se iguala, la hazaña deja de fluir.
La cantidad de calor liberado o recibido por un cuerpo solo puede medirse.	Se puede medir la temperatura de un cuerpo o el aumento o la temperatura total de un cuerpo.
Si no ocurre ningún cambio de estado, la temperatura de un cuerpo aumenta cuando recibe cierta cantidad de calor y la temperatura disminuye cuando el cuerpo cede calor. Así que el calor es la causa de la temperatura.	La temperatura es el efecto del calor.
El calor liberado o el calor recibido por un cuerpo se puede medir con un calorímetro.	La temperatura se mide con un termómetro.
Las unidades de calor en los sistemas SI, CGS o FPS son Joule, Calorie y B.Th.U. respectivamente.	Las unidades de temperatura en los sistemas SI, CGS o FPS son grados Kelvin, grados Celsius y grados Fahrenheit respectivamente.

Equilibrio termal: 

Cuando un cuerpo caliente se pone en contacto térmico con un cuerpo frío, el cuerpo caliente pierde calor y el cuerpo frío gana la misma cantidad de calor. Después de un tiempo ambos alcanzan una temperatura intermedia. Entonces cesa el flujo de calor y se dice que los cuerpos están en equilibrio térmico. De manera similar, cuando dos gases, uno más caliente y el otro más frío, entran en contacto térmico, cuando el intercambio de calor continúa, las propiedades como la presión o el volumen o ambos cambian. Sin embargo, cuando se alcanza el equilibrio térmico, no se producen más cambios en estas propiedades.

Ley cero de la termodinámica:

Consideremos dos sistemas P y Q. Están separados entre sí por una pared aislante para que no se produzca intercambio de calor entre ellos. Cada uno de estos dos sistemas se pone en contacto térmico con un tercer sistema D a través de paredes conductoras. Todos estos sistemas están rodeados por una pared aislante para que no sea posible el intercambio de calor con el entorno. Los experimentos muestran que el intercambio de calor tiene lugar entre P y Q y D hasta que tanto P como Q alcanzan el equilibrio térmico con D con los cambios apropiados en sus propiedades. Si ahora se reemplaza la pared aislante entre P y Q por una pared conductora, se observará que no ocurren más cambios en las propiedades de P y Q. Estos hechos experimentales se expresan en forma de una ley conocida como ley cero de la termodinámica.

La ley establece que dos sistemas en equilibrio térmico con un tercero están en equilibrio térmico entre sí. 

Esta ley enunciada por Fowler se ha formulado después de la primera y la segunda ley de la termodinámica, de ahí el nombre de ley cero de la termodinámica.

Concepto de temperatura: Esta ley nos lleva inmediatamente al concepto de temperatura. Un número de sistemas en equilibrio térmico entre sí debe poseer un valor común de alguna propiedad, Entonces si. esta propiedad es la misma para algunos sistemas, entonces estarán en equilibrio térmico y si no, habrá un intercambio de energía térmica entre ellos hasta que esta propiedad sea la misma para todos ellos cuando alcancen el equilibrio térmico entre sí. Esta propiedad se llama temperatura.

Temperatura: La temperatura de un sistema se define como aquella propiedad que determina si el sistema está o no en equilibrio térmico con otros sistemas.

Pregunta 1:  Si un termómetro de mercurio se mantiene en una llama, entonces la columna de mercurio primero baja y luego sube. ¿Por qué?

Responder:

Si un termómetro de mercurio se mantiene en una llama, al absorber calor, su bulbo de vidrio se expande primero. El vidrio es un mal conductor del calor; por lo que el calor no se conduce al mercurio instantáneamente. La columna de mercurio al principio baja por este motivo. Pero después de un breve intervalo, el mercurio absorbe calor y se expande; entonces la columna sube.

Pregunta 2:  ¿Está el sistema solar en equilibrio térmico?

Responder:

Porque las temperaturas del sol y los planetas y los satélites son todos diferentes. Así que el sistema solar no está en equilibrio térmico.

Pregunta 3: La temperatura de una habitación es de 25°C. Algunas personas entran en la habitación. ¿Se establecerá el equilibrio térmico después de algún tiempo?

Responder:

La temperatura normal de un ser humano es de 37°C. Pero la temperatura de la habitación es más baja que la temperatura humana (25°C). Por lo tanto, no se establecerá el equilibrio térmico.

Pregunta 4: Calcular cuál debe ser la capacidad térmica y agua equivalente de 10g de aluminio de oído específico 0,21. ¿Cuánto calor sería necesario para elevar la temperatura de 0°C a 30°C?

Responder:

Masa=10g, Calor específico=0,21

Capacidad térmica de 10 g de aluminio = 10×0,21 Cal/°C

equivalente en agua de 10 g de aluminio = 2,1 g

El calor requerido para elevar la temperatura de 10g de aluminio de 0°C a 30°C= 2.1×30 cal = 63 Cal.

Pregunta 5: Aplicación de la ley cero de la termodinámica.

Responder:

• El té caliente se enfría después de un tiempo.
• el termostato
• La verdura se enfría cuando se guarda en el frigorífico.
• Medir la temperatura del cuerpo con un termómetro.
• Medición de la temperatura del aire acondicionado.

Pregunta 6 : La relación de las densidades de los dos materiales es 2∶3 y sus calores específicos son 0,12 y 0,09 respectivamente. Determine la relación de sus capacidades térmicas por unidad de volumen.

Respuesta: Como masa (m) = volumen × densidad (ρ), entonces para la unidad de volumen de material, masa = densidad (ρ).

(Capacidad térmica por unidad de volumen del primero/Capacidad térmica por unidad de volumen del segundo)=(ρ ₁ s ₁ /ρ ₂ s ₂ )

=(2×0.12/3×0.09)

=(8/9)

Pregunta 7: 100 g de cobre se calientan a 100 °C y se ponen en 150 g de un aceite (calor especial 0,51) a 10 °C, contenido en un calorímetro de cobre que pesa 40 g. La temperatura sube a 19,5°C. Encuentre el calor específico del cobre.

Responder:

Sea s el sp requerido. calor del cobre.

Calor cedido por el cobre= 100×s×(100-19.5) Cal = 8050s Cal.

Calor ganado por el aceite= 150×0.51×(19.5-10) Cal= 726.75 Cal.

Calor ganado por el calorímetro =40×s×(19.5-10) Cal = 380s Cal.

Calor ganado = Calor perdido.

726.75+380s=8050s

7670s=726.75

s=0,095