Calores específico y latente.

Calor latente



El cambio de temperatura de una sustancia conlleva una serie de cambios físicos. Casi todas las sustancias aumentan de volumen al calentarse y se contraen al enfriarse. El comportamiento del agua entre 0 y 4 °C constituye una importante excepción a esta regla (Figura1). Se denomina fase de una sustancia a su estado, que puede ser sólido, líquido o gaseoso. Los cambios de fase en sustancias puras tienen lugar a temperaturas y presiones definidas.


Figura1. Termómetro en agua .
El paso de sólido a gas se denomina sublimación, de sólido a líquido fusión, y de líquido a vapor vaporización. Si la presión es constante, estos procesos tienen lugar a una temperatura constante. La cantidad de calor necesaria para producir un cambio de fase se llama calor latente; Existen calores latentes de sublimación, fusión y vaporización. Si se hierve agua en un recipiente abierto a la presión de 1 atmósfera, la temperatura no aumenta por encima de los 100 °C por mucho calor que se suministre. El calor que se absorbe sin cambiar la temperatura del agua es el calor latente; no se pierde, sino que se emplea en transformar el agua en vapor y se almacena como energía en el vapor. Cuando el vapor se condensa para formar agua, esta energía vuelve a liberarse. Del mismo modo, si se calienta una mezcla de hielo y agua, su temperatura no cambia hasta que se funde todo el hielo. El calor latente absorbido se emplea para vencer las fuerzas que mantienen unidas las partículas de hielo, y se almacena como energía en el agua. Para fundir 1 Kg de hielo se necesitan 19.000 julios, y para convertir 1 Kg de agua en vapor a 100 °C, hacen falta 129.000 julios. 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
Se define calor específico c como la cantidad de calor que hay que proporcionar a un gramo de sustancia para que eleve su temperatura en un grado centígrado. En el caso particular del agua c vale 1 cal/(g ºC) ó 4186 J(kg K).



Figura 2. Gráfica representa el cambio de temperatura que se produce al suministrar calor al agua (a 1 atmósfera de presión). A 0 °C y 100 °C se le puede suministrar calor sin cambiar su temperatura. Este `calor latente' rompe los enlaces que mantienen unidas las moléculas, pero no aumenta su energía cinética


. Para vaporizar un gramo de agua hace falta aproximadamente siete veces más calor que para fundirlo. Esa diferencia se refleja en las distintas longitudes de las partes horizontales de la gráfica. Las pendientes de las líneas inclinadas representan el número de grados de aumento de temperatura por cada julio de calor suministrado a un gramo de agua. El 'calor específico' del agua es de 4.185,5 julios por kilogramo y grado, es decir, hacen falta 4.185,5 julios de energía para aumentar en un grado la temperatura de un kilogramo de agua.
Calor específico


Cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de una unidad de masa de una sustancia en un grado. En el Sistema Internacional de unidades, el calor específico se expresa en julios por kilogramo y kelvin; en ocasiones también se expresa en calorías por gramo y grado centígrado (figura3). El calor específico del agua es una caloría por gramo y grado centígrado, es decir, hay que suministrar una caloría a un
Figura3. Termómetro.
gramo de agua para elevar su temperatura en un grado centígrado.


De acuerdo con la ley formulada por los químicos franceses Pierre Louis Dulong y Alexis Thérèse Petit, para la mayoría de los elementos sólidos, el producto de su calor específico por su masa atómica es una cantidad aproximadamente constante. Si se expande un gas mientras se le suministra calor, hacen falta más calorías para aumentar su temperatura en un grado, porque parte de la energía suministrada se consume en el trabajo de expansión. Por eso, el calor específico a presión constante es mayor que el calor específico a volumen constante.


Figura 4. Sherwood Rowland: diseñó un método para considerar el error al determinar la temperatura que el calorímetro habría alcanzado si no hubiese radiación la teoría es algo complicada y no se verá en el laboratorio, por el contrario se describirá durante le proceso.


Procedimiento:
Experimento A:

Medir la masa del cilindro M y la del calorímetro seco m'.

Poner a hervir agua en el beaker separándolo del calentador con el cedazo para que no se rompa. Introduzca el cilindro para elevar su temperatura a T, tenga cuidado de no quemarse ni quebrar el beaker. Mida T

Preparar el agua que se pondrá en el calorímetro, medir m y t, que debe ser unos 5 grados menor a la ambiente (usar hielo para enfriarla).

Cuando el cilindro adquiera una temperatura constante, cercana a 100 ºC, introducirlo en el calorímetro, tapar y meter el termómetro.

Medir la temperatura repetidas veces, ésta subirá unos grados sobre el ambiente y comenzará a disminuir. Registrar el valor más alto alcanzado, Tf.

Calcular el calor específico del sólido e indicar el probable % de error al despreciar el calorímetro.
Experimento B:

Colocar en el calorímetro unos 150 g de agua calentada aproximadamente 10 ºC sobre la temperatura ambiente

Pesar el calorímetro con el agua

Tapar y medir la temperatura cada ½ minuto durante 5 minutos antes de añadir el hielo. Batir bien antes de cada medición

Preparar unos 40 g de hielo y secarlos muy bien con la toalla de papel. Inmediatamente después de una medición de la temperatura añadir el hielo al calorímetro y continuar midiendo cada ½ minuto hasta 5 minutos después de medir la temperatura más baja, tratando de batir bien la mezcla

Pesar el calorímetro con el agua de nuevo y determinar con precisión la masa del hielo agregado

Graficar la temperatura en función de tiempo. Extender las líneas AB y DE y localizar la línea FG que hace iguales las áreas sombreadas en la figura 2.

En la ecuación 5 considerar como T la temperatura en F y como Tr la temperatura en G. Calcular el calor de fusión del hielo y estimar su posible error. Calcular el error cometido si 0,5 g de agua se adhirieron al hielo al meterlo en el agua.

Equilibrio térmico, temperatura e intercambio de energía interna.

Consideremos dos cuerpos en contacto térmico. Si entre dichos cuerpos no existe flujo de calor entonces se dice que ambos cuerpos se encuentran en equilibrio térmico.
El parámetro termodinámico que caracteriza el equilibrio térmico es la temperatura. Cuando dos cuerpos se encuentran en equilibrio térmico, entonces estos cuerpos tienen la misma temperatura.
La temperatura es una magnitud referida a las nociones comunes de caliente o frío. Por lo general, un objeto más "caliente" tendrá una temperatura mayor, y si fuere frío tendrá una temperatura menor. Físicamente es una magnitud escalar relacionada con la energía interna de un sistema termodinámico, definida por el principio cero de la termodinámica. Más específicamente, está relacionada directamente con la parte de la energía interna conocida como "energía sensible", que es la energía asociada a los movimientos de las partículas del sistema, sea en un sentido traslacional, rotacional, o en forma de vibraciones. A medida que es mayor la energía sensible de un sistema, se observa que está más "caliente"; es decir, que su temperatura es mayor.
En el caso de un sólido, los movimientos en cuestión resultan ser las vibraciones de las partículas en sus sitios dentro del sólido. En el caso de un gas ideal monoatómico se trata de los movimientos traslacionales de sus partículas (para los gases multiatómicos los movimientos rotacional y vibracional deben tomarse en cuenta también).
Dicho lo anterior, se puede definir la temperatura como la cuantificación de la actividad molecular de la materia.
El desarrollo de técnicas para la medición de la temperatura ha pasado por un largo proceso histórico, ya que es necesario darle un valor numérico a una idea intuitiva como es lo frío o lo caliente.
Multitud de propiedades fisicoquímicas de los materiales o las sustancias varían en función de la temperatura a la que se encuentren, como por ejemplo su estado (sólido, líquido, gaseoso, plasma), su volumen, la solubilidad, la presión de vapor, su color o la conductividad eléctrica. Así mismo es uno de los factores que influyen en la velocidad a la que tienen lugar las reacciones químicas.
La temperatura se mide con termómetros, los cuales pueden ser calibrados de acuerdo a una multitud de escalas que dan lugar a unidades de medición de la temperatura. En el Sistema Internacional de Unidades, la unidad de temperatura es el kelvin (K), y la escala correspondiente es la escala Kelvin o escala absoluta, que asocia el valor "cero kelvin" (0 K) al "cero absoluto", y se gradúa con un tamaño de grado igual al del grado Celsius. Sin embargo, fuera del ámbito científico el uso de otras escalas de temperatura es común. La escala más extendida es la escala Celsius (antes llamada centígrada); y, en mucha menor medida, y prácticamente sólo en los Estados Unidos, la escala Fahrenheit. También se usa a veces la escala Rankine (°R) que establece su punto de referencia en el mismo punto de la escala Kelvin, el cero absoluto, pero con un tamaño de grado igual al de la Fahrenheit, y es usada únicamente en Estados Unidos, y sólo en algunos campos de la ingeniería.

Calor

El calor es la transferencia de energía entre diferentes cuerpos o diferentes zonas de un mismo cuerpo que se encuentran a distintas temperaturas. Este flujo siempre ocurre desde el cuerpo de mayor temperatura hacia el cuerpo de menor temperatura, ocurriendo la transferencia de calor hasta que ambos cuerpos se encuentren en equilibrio térmico.
La energía puede ser transferida por diferentes mecanismos, entre los que cabe reseñar la radiación, la conducción y la convección, aunque en la mayoría de los procesos reales todos se encuentran presentes en mayor o menor grado.
La energía que puede intercambiar un cuerpo con su entorno depende del tipo de transformación que se efectúe sobre ese cuerpo y por tanto depende del camino. Los cuerpos no tienen calor, sino energía interna. El calor es parte de dicha energía interna (energía calorífica) transferida de un sistema a otro, lo que sucede con la condición de que estén a diferente temperatura.

Consumo de energía per cápita y desarrollo social

El consumo per cápita de energía es muy desigual en el mundo. Transporte, industria y vivienda son, por este orden, los sectores de consumo más importantes. En los países más ricos el sector de los transportes (azul) tiene un consumo per cápita diez veces superior al que este sector tiene en los otros países. El consumo en el sector del comercio y de los servicios públicos (amarillo), que es importante en los países más ricos, apenas lo es todavía en el conjunto del resto del mundo.

El desarrollo social se refiere al desarrollo del capital humano y capital social en una sociedad. Implica una evolución o cambio positivo en las relaciones de individuos, grupos e instituciones en una sociedad. Implica principalmente Desarrollo Económico y Humano. Su proyecto de futuro es el Bienestar social.
La sociologÍa del desarrollo reuniría todos estos conceptos teoricamente y los analizaría para validarlos como factibles o no factibles.

Modo de compatibilidad.

Equipo	Consumo de energía pre cápita y desarrollo social.	Calor. Unidades, Instrumentos de medición
1	El consumo per cápita de energía es el consumo de cada habitante y se refiere al transporte vivienda e industria.	Se mide en grados Celsius Fahrenheit, kelvin centígrados, el instrumento de medición es el termómetro
2	Consumo de energía promedio propio de cada individuo	Grados Celsius, Fahrenheit, Rankine, Kelvin, centígrados. Instrumento de medición utilizado es el termómetro.
3	Es el consumo de  toda la energía en general de cada individuo (energéticos) en determinado  lugar o población.	Grados centígrados, Fahrenheit,, kelvin Se utilizan el termómetro y  el pirómetro
4	Es la cantidad de energía que consume un individuo en una determinada sociedad o población  determinada por el pre cápita y esto tiene que ver con el desarrollo.	Grados centígrados, grados Fahrenheit, kelvin, calor, temperatura, todo esto se mide por medio del termómetro y el pirómetro.
5	Es la cantidad de energía que se consume por persona, por lo tanto es diferente en cada sociedad, (no es lo mismo la ciudad que el campo)	Calor: transferencia de energía entre diferentes cuerpos o diferentes zonas de un mismo cuerpo que se encuentran en distintas temperaturas. Unidades: Joule, caloría (cal), BTU. Instrumentos de medición: termómetro
6	Se refiere al consumo de energía promedio de cada habitante	Grados centígrados,

Medición de la energía calorífica

Material: Termómetro, vaso de precipitados 250 ml

Sustancias: agua, aire, metal

Procedimiento:

-          Medir la temperatura de cada sustancia Tabular y graficar los datos.

-                      Equipo	agua	aire	metal
-                      1	-                      18º	-                      21º	-                      22º
-                      2	-                      17º	22º	-                      20º
-                      3	-                      18º	-                      23º	-                      25º
-                      4	-	-	-
-                      5	-                      190	-                      230	-                      220
-                      6	-                      19	-                      22	-                      22

􀂃 Energía en Procesos Disipativos

􀂃 Energía en Procesos Disipativos

Equipo
1	Son los procesos en la cual se transforma la energía mecánica a termica
2	Es el proceso en el que una energía va disminuyendo, tranformandose en energía térmica
3	Los procesos disipativos son aquellos que transforman  la energía  mecánica  en energia térmica.
4	Son en los que la enrgia del sistema se degrada en forma de calor
5	Es cuando la energía  final disminuye  respecto a la inicial
6	Se da cuando al finalizar la energía mecánica surge energía termica

Experimento:

Material: Matraz erlenmeyer 250 ml., vaso de precipitados 250  ml, manguera de hule. Agua.

Procedimiento:

-          Medir 200 ml de agua en el matraz erlenmeyer.y colocarlo en la mesa

-          - Colocar dentro del matraz erlemeyer para succionar el agua hacia el vaso de precipitados colocado en el< piso.

-          Medir la energía potencial del matraz erlenmeyer y la energía cinética obtenida en el vaso de precipitados.

Observaciones:

Equipo	Energía potencial del Matraz erlenmeyer	Energía a Cinética en el vaso de precipitados
1	1.76 J	1.21 J
2	237.62 j	4050 j
3	1646.4J	9.032J
4	1666 j	9.677 J
5	1962 J	0.004905 J
6	2401 J	1.711 J

Unidades:  gravedad  m/seg al cuadrado

Distancia metros

Velocidad m/seg.

Fuentes primarias de energía.

LAS FUENTES DE ENERGÍA
Renovables o agotables
Las fuentes de energía se pueden dividir en dos grandes subgrupos: permanentes (renovables) y temporales (agotables). En principio, las fuentes permanentes son las que tienen orígen solar, de hechos todos sabemos que el Sol permanecerá por más tiempo que la especie humana. Aún así, el concepto de renovabilidad depende de la escala de tiempo que se utilice y el ritmo de uso de los recursos. Así pues, los combustibles fósiles se consideran fuentes no renovables ya que la tasa de utilización es muy superior al ritmo de formación del propio recurso. En la tabla siguiente os proporcionamos información sobre las fuentes de energía primaria que se utilizan actualmente. Completad las dos últimas columnas, marcando con una cruz la casilla correspondiente. ¿Renovable o Agotable?


  

Formas de energía.

LAS FORMAS DE ENERGIA
LA ENERGIA QUÍMICA
Es la energía almacenada dentro de los productos químicos.
No se puede ver pero cuando se desprende los efectos pueden ser dramáticos. En los fuegos artificiales ,la energía química se transforma en energía térmica, luminosa, sonora y de movimiento.
LA ENRGIA TERMICA
Toda sustancia se compone de moléculas ,estas moléculas están en constante.Cuanto mas caliente esta algo, mas rápido se mueven las moléculas . Entonces, la energía térmica es en realidad el efecto de las moléculas en movimiento.
LA ENERGIA LUMINOSA
Es una de las formas mas importantes de energía, está es transportada por ondas luminosas.
Sin ella no habría vida en la Tierra.
LA ENERGIA SONORA
Es la energía transportada por ondas sonoras.
La energía sonora es en realidad el efecto de las moléculas en movimiento.
LA ENERGIA MECANICA
Hay dos tipos de energía: la energía cinética y la energía potencial.
La energía cinética es la energía que tiene un cuerpo en movimiento.
Cuanto mas rápido se mueven, más energía cinética posen.
La cantidad de energía cinética que tiene un cuerpo, depende de la masa que esta en movimiento (m)y de la velocidad a la que se desplaza esa masa(v).
1 2
Ec= ---- mv
2
La energía potencial se la denomina energía almacenada. Cualquier objeto que pueda caerse tiene energía potencial gravitatoria . Por ejemplo el agua que esta detrás de una presa tiene energía potencial a causa de su posición .El agua puede caer desde esta posición y ejercer una fuerza desde una distancia y, por tanto, hacer trabajo, en este caso: accionar una turbina para generar electricidad.
La formula para medir la energía potencial gravitatoria es:Ep= m · g · h
LA ENERGIA NUCLEAR
Es la energía almacenada dentro del núcleo,o centro del átomo mismo. Además de destructiva también se usa para producir electricidad.
LA ENERGIA DEL SOL
1º El sol es una enorme central de energía.
2º Las plantas verdes son seres vivos, por eso usan la energía luminosa.
3º El petróleo y el gas natural son almacenes de energía química que nuevamente debe
su existencia al Sol.
4º La engría térmica del sol es fundamental para la germinación y el crecimiento de las plantas.
5º El agua que queda retenida en los lagos de las montañas tienen energía potencial.
6º El calor del sol también causa las corrientes de conveccion.
EL USO DE LA ENERGIA
Consumo de energía en España en el año 1996.
Fuente Ktep %
Petróleo 56.180 55'1
Carbón 15.394 15'1
Nuclear 14.680 14'4
Gas 8.401 8'2
Renovables 7.370 7'2
Total 102.025 100