Profesor: Ignacio Espinoza Braz

Principio de Mezclas, Propagación del Calor Principio de Mezclas, Propagación del Calor y Cambios de Fasey Cambios de Fase

Colegio AdventistaSubsector FísicaArica

Hoy Estudiaremos•Principio de Mezclas•Propagación del Calor•Cambios de Fase

Principio de MezclasPrincipio de MezclasSabemos que cuando dos cuerpos de materiales, masas y

temperaturas distintas son puestos en contacto térmico, forman una mezcla calorífica que interactúa energéticamente mediante el intercambio de calor hasta que ambos igualen sus energías internas, alcanzando la Temperatura de Equilibrio.

Este principio nos permite predecir el valor de la temperatura de equilibrio.

Según esto, si dos cuerpos entran en contacto térmico a diferentes temperaturas, el calor cedido por el cuerpo de mayor temperatura será absorbido, sin pérdidas, por el cuerpo de menor temperatura menor.

Lo cual se puede expresar como:

ced absQ Q

Supongamos que el cuerpo que cede calor tiene una masa , un calor específico y una temperatura inicial y que el que absorbe calor tiene una masa , un calor específico y una temperatura inicial

es la temperatura de equilibrio alcanzada por la mezcla. Si ambos cuerpos son colocados en el interior de un

recipiente ideal, cuyas paredes no absorben energía, se tiene que:

1m

1c 1T2m 2c

2T

eqT

1 1 1

2 2 2

ced eq

abs eq

Q m c T T

Q m c T T

Finalmente, lo que obtenemos es:

Con esta relación podemos obtener la temperatura de equilibrio y otros datos más aplicados en un problema.

Ejemplo: Se introduce una barra de metal de 100[g], que inicialmente se encuentra a una temperatura de 90°C, en 300[g] de agua a 10°C. ¿Qué temperatura alcanzará el agua cuando se establezca el equilibrio térmico?

1 1 1 2 2 2eq eqm c T T m c T T

En este problema tenemos los siguientes datos:

Aplicando la relación anterior,tenemos lo siguiente:

Metal Agua

1 100m g 2 300m g

2 1cal

cg C

1 0,5cal

cg C

1 90T C 2 10T C 1 1 1 2 2 2eq eqm c T T m c T T

100 0,5 90 300 1 10eq eq

cal calg C T g T C

g C g C

100 g 0,5cal

g 90 300eqC T g

C

1cal

g 10eqT C

C

50 90 300 10eq eq

cal calC T T C

C C

4500 50 300 3000eq eq

cal calcal T T cal

C C

4500 3000 300 50eq eq

cal calcal cal T T

C C

7500 350 eq

calcal T

C

7500

350eq

calT

calC

21,42 eqC T

Se conocen 3 formas en que el calor se puede propagar, las cuales son:

• Conducción: Conducción: Esta forma de conducción ocurre con sustancia sólidas. Consiste en una transferencia de energía de vibración entre las moléculas que constituyen el sistema.

Al calentar la barra, el calor se transmite hasta el otro extremo, partícula a partícula. La vibración de una partícula transmite energía cinética a sus vecinas. De esta manera, el calor se propaga por la barra metálica.

Propagación del CalorPropagación del Calor

Radiación: Radiación: La energía se puede transportar de un cuerpo a otro sin que haya contacto físico entre ellos. Todos los cuerpos emiten energía por radiación; la cantidad que irradian depende de la diferencia de temperatura entre el cuerpo y el ambiente.

Corresponde a la transferencia de calor en forma de ondas electromagnéticas. Cuando la energía térmica se propaga por radiación, incluso puede hacerlo a través del vacío a una velocidad de 300.000 km s

Convección: Convección: Al calentar un recipiente que contiene agua, el calor se reparte rápidamente por toda la masa del líquido; esto es debido a que, cuando el agua del fondo se calienta, disminuye su densidad (se dilata) y sube a la superficie, desplazando a las partículas de las zonas más frías, que bajan. Se establecen corrientes de convección.

En la convección hay transporte de energía y de materia. Así se transmite el calor en líquidos y gases.

Los cambios de fase ocurren al suministrar o extraer una cierta cantidad de calor a una muestra de sustancia que se encuentra a una cierta temperatura conocida como punto crítico.

Hay dos tipos de calor presente en los cambios de fase:

Calor Latente de Fusión: Calor Latente de Fusión: Es la cantidad de calor que requiere cierta sustancia por unidad de masa, necesaria para fundirse cuando se encuentra a la temperatura de fusión. En otras palabras:

De aquí, el calor absorbido por un cuerpo de masa m para fundirse, está dado por la expresión:

Cambios de FaseCambios de Fase

f

QL

m

fQ L m

Calor Latente de Vaporización: Calor Latente de Vaporización: Es la cantidad de calor que requiere cierta sustancia por unidad de masa, necesaria para evaporarse cuando se encuentra a la temperatura de ebullición. En otras palabras:

De aquí, el calor absorbido por un cuerpo de masa m para fundirse, está dado por la expresión:

La sustancia que más estudiaremos es el agua, y los valores de calor de vaporización y fusión son:

v

QL

m

vQ L m

539v

calL

g

79,7f

calL

g

Fusión : Corresponde al cambio del estado sólido a líquido, como por ejemplo al calentar a una elevada temperatura un metal.

Vaporización : Es el paso de del estado líquido al sólido. Un ejemplo que vemos a diario es cuando vemos que se evapora agua al calentarla.

Solidificación : Se le conoce como el paso del estado líquido al sólido. Como por ejemplo es cuando se congela el agua.

Condensación: Consiste en el paso del estado gaseoso al líquido. Lo vemos a diario con la formación de las nubes, las cuales están formadas por vapor de agua condensada.

Ahora veamos un video que nos explica a modo de resumen los tipos de transferencia del calor.