Semana 11

SEMANA 11

Equilibrio Térmico, Temperatura e Intercambio de Energía Interna.

Equilibrio Térmico.

Cuando dos porciones cuales sean de un sistema se encuentran en equilibrio térmico se dice que el sistema mismo está en equilibrio térmico o que es térmicamente homogéneo.

Todos los cuerpos tienen una energía llamada energía interna.

La cantidad de energía interna de un cuerpo es muy difícil de establecer ya que las partículas que forman un cuerpo tienen energías muy variadas. Tienen energías de tipo eléctrico, de rotación, traslación y vibración debido a los movimientos que poseen, energías de enlace e incluso energía al desaparecer la materia y transformarse en energía DE=mc².

Al poner en contacto dos cuerpos a distinta temperatura, el de mayor temperatura cede parte de su energía al de menos temperatura hasta que sus temperaturas se igualen. Se alcanza así el llamado equilibrio térmico.

Temperatura.

La temperatura es la medida de la cantidad de energía de un objeto. Ya que la temperatura es una medida relativa, las escalas que se basan en puntos de referencia deben ser usadas para medir la temperatura con precisión. Hay tres escalas comunes usadas actualmente para medir la temperatura: la escala Fahrenheit (°F), la escala Celsius (°C) y la escala Kelvin (°K).

Intercambio de Energía Interna.

Para comprender los fenómenos térmicos es necesario imaginar los cuerpos materiales, como almacenes de partículas dotadas de movimiento de diferentes tipos: vibración, rotación y traslación. Cada uno de estos movimientos puede ser transferido a otra partícula que no lo tenga, mediante algún tipo de interacción, como por ejemplo choques o acciones ejercidas a distancia. Se dice en estos casos que las partículas tienen energía, la cual puede ser aumentada o disminuida, aumentando cualquiera de estos tipos de movimientos o todos a la vez.

La Energía Total de un objeto material depende del número de partículas que tenga, de la energía cinética de cada una de ellas y de la energía proveniente de las interacciones entre ellas. Esta energía total es la Energía Interna que tiene el cuerpo.

Esto quiere decir que un objeto material tiene mucha energía interna por tres razones: o porque tiene muchas partículas o átomos componentes, o porque sus átomos o partículas componentes tienen una energía muy alta., o ambas cosas a la vez, como ocurre en el caso de una estrella. Desde este punto de vista cuando calentamos un clavo ya sea con una vela o martillándolo, lo que se hace es incrementar la energía de sus partículas componentes, aumentando de esta manera su energía interna. Calor Específico y Latente. Calor Específico. El calor específico es la energía necesaria para elevar 1°C la temperatura de un gramo de materia o sustancia. El concepto de capacidad calorífica es análogo al anterior pero para una masa de un mol de sustancia (en este caso es necesario conocer la estructura química de la misma). El calor específico es un parámetro que depende del material y relaciona el calor que se proporciona a una masa determinada de una sustancia con el incremento de temperatura:

• Q es el calor aportado al sistema.
• m es la masa del sistema.
• c es el calor específico del sistema.
• ΔT es el incremento de temperatura que experimenta el sistema.

Las unidades más habituales de calor específico son:

El calor específico de un material depende de su temperatura; no obstante, en muchos procesos termodinámicos su variación es tan pequeña que puede considerarse que el calor específico es constante. Asimismo, también se diferencia del proceso que se lleve a cabo, distinguiéndose especialmente el "calor específico a presión constante" (en un proceso isobarico) y "calor específico a volumen constante (en un proceso isocoro).

Calor Latente.

El calor latente es la energía requerida por una cantidad de sustancia para cambiar de fase, de sólido a líquido (calor de fusión) o de líquido a gaseoso (calor de vaporización).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.

Semana 11 Jueves SESIÓN 32	Propiedades térmicas de las sustancias
contenido temático	Calor especifico y latente de sustancias

Aprendizajes esperados del grupo	Conceptuales ·         Conocerán el Calor especifico y latente de sustancias Procedimentales ·         Calcula  calor específico de materiales. ·         Manejo del calorímetro ·         Medición y relación de variables Actitudinales Reafirmaran su: Confianza, cooperación, responsabilidad respeto y tolerancia.
Materiales generales	De Laboratorio: -          Material: Vaso de precipitados de 250 ml, sistema de calentamiento, placas de aluminio, cobre, balanza, calorímetro. -          De proyección: -          Pizarrón, gis, borrador -          Proyector de acetatos o de cañón De computo: -          PC conexión a internet. -          Programas  Hoja de cálculo, procesador de palabras, presentador. Didáctico: -          Indagaciones del alumno, presentadas en documento electrónico.
Desarrollo del proceso	FASE DE APERTURA El Profesor de acuerdo a su Planeación de clase,  revisa el resumen elaborado por cada alumno y lo registra en la lista 32 Calores específico y latente. Preguntas Preguntas ¿Qué es el calor específico de una sustancia? ¿Cómo se calcula el calor específico de una sustancia? Ejemplo de calores específicos de las sustancias solidas,  liquidas y gaseosas. ¿Qué es el calor latente de una sustancia? ¿Cuál es el modelo matemático del calor latente de las sustancias? ¿Qué unidades se emplean en el calor específico de una sustancia y el calor latente? Equipo 4 2 3 1 6 5 Respuesta El calor específico o más formalmente la capacidad calorífica específica de una sustancia es una magnitud física que indica la capacidad de un material para almacenar energía interna en forma de calor. Q=m·c·(Tf-Ti)  Donde m es la masa, c es el calor específico, Ti es la temperatura inicial y Tf la temperatura final  Si Ti>Tf el cuerpo cede calor Q<0  Si Ti<Tf el cuerpo recibe calor Q> Liquidas:  Aceite vegetal 2000 Hielo (-10 °C a 0 °C) 2093 Agua (0 °C a 100 °C) 4186 Alcohol etílico 2460 Solidas:  Cinc 390 Oro 129 Cobre 387 Gaseosas:  Vapor de agua (100 o C) 2009 Helio (gas) 5300 Hidrógeno (gas) 14267 Unidades: J/(kg·K) Es la cantidad de energía bajo la forma de calor lanzado o absorbido  por una sustancia en el cambio de fase (solido, liquido o gaseoso) C (M + K) (Tc –Te) = mL + mC (Te – Tf) M=cantidad de agua Tc= temperatura superior a la atmósfera Te= temperatura estacionaria m= masa del hielo Tf= temperatura de fusión Calor específico: Grados Celsius (°C) Calor por kg:  1 cal/(g·K) Calor latente: L El calor latente depende de la sustancia a la que se le cambie de estado: Para que el agua cambie de sólido (hielo) a líquido, a 0ºC se necesitan 334·103 J/kg. Para que cambie de líquido a vapor a 100 ºC se precisan 2260·103 J/kg. En equipo los alumnos discuten sus respuestas y después sintetizan el contenido                                                              presentándolo al resto del grupo.   FASE DE DESARROLLO Calcular el calor  específico de los metales. Procedimiento: Pesar las placas de aluminio y cobre. Pesar 100 ml de agua en el vaso de precipitados. Colocar la barra de metal en  el vaso de precipitados y calentar hasta ebullición. Con las pinzas colocar la barra de metal en el calorímetro con 100ml de agua, midiendo su temperatura inicial y final de equilibrio. Observaciones: Temp Metal COBRE Masa gramos Temperatura inicial del agua Temperatura de equilibrio Calculo del calor especifico Q=m·c·(Tf-Ti) Temp Metal Aluminio Masa gramos Temperatura inicial del agua Temperatura de equilibrio Calculo del calor especifico Q=m·c·(Tf-Ti) Pendiente por simulacro  de temblor. La cantidad de calor recibido o cedido por un cuerpo se calcula mediante la siguiente fórmula Q=m·c·(Tf-Ti) Donde m es la masa, c es el calor específico, Ti es la temperatura inicial y Tf la temperatura final Si Ti>Tf el cuerpo cede calor Q<0 Si Ti<Tf el cuerpo recibe calor Q>0 La experiencia se realiza en un calorímetro consistente en un vaso (Dewar) o en su defecto, convenientemente aislado. El vaso se cierra con una tapa hecha de material aislante, con dos orificios por los que salen un termómetro y el agitador. Supongamos que el calorímetro está a la temperatura inicial T0, y sea mv es la masa del vaso del calorímetro y cv su calor específico. mt la masa de la parte sumergida del termómetro y ct su calor específico ma la masa de la parte sumergida del agitador y ca su calor específico M la masa de agua que contiene el vaso, su calor específico es la unidad Por otra parte: Sean m y c las masa y el calor específico del cuerpo problema a la temperatura inicial T. En el equilibrio a la temperatura Te se tendrá la siguiente relación. (M+mv·cv+mt·ct+ma·ca)(Te-T0)+m·c(Te-T)=0 La capacidad calorífica del calorímetro es k=mv·cv+mt·ct+ma·ca Se le denomina equivalente en agua del calorímetro, y se expresa en gramos de agua. Por tanto, representa la cantidad de agua que tiene la misma capacidad calorífica que el vaso del calorímetro, parte sumergida del agitador y del termómetro y es una constante para cada calorímetro. El calor específico desconocido del será por tanto En esta fórmula tenemos una cantidad desconocida k, que debemos determinar experimentalmente. FASE DE CIERRE Al final de las presentaciones se lleva a cabo una discusión extensa, en la clase, de lo  que se aprendió. Para generar una conclusión grupal relativa al calor especifico y latente de los materiales.                      Revisa el trabajo a cada alumno y lo registra en la lista . Actividad Extra clase: Los alumnos: Ø  Elaboraran su informe,  para registrar sus resultados en su Blog. Ø  Indagaran los temas siguientes de acuerdo al cronograma, y los depositaran en su Blog personal en la cual contendrá su información, Ø  Los integrantes de cada equipo, se comunicaran la información indagada y la procesaran en Googledocs,   Analizaran y sintetizaran los resultados, para presentarla al Profesor en la siguiente sesión.
evaluación	El profesor revisara el Informe de la actividad depositado en el Blog personal.     Contenido: -           Resumen de la indagación bibliográfica. -          Informe de las actividades en el Aula-laboratorio.