CALOR Y TEMPERATURA

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CALOR Y TEMPERATURA
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Concepto de Calor y Temperatura

• El calor es el contenido energético que posee un
  cuerpo en forma de energía cinética debido al
  movimiento desordenado de sus moléculas
• El calor fluye de los cuerpos que se encuentran a
  mayor temperatura a los de menor temperatura.
• La temperatura es una medida del calor o energía
  cinética media de las partículas de una
  sustancia.
• Para que haya flujo calórico se requiere una
  diferencia de temperatura. El cuerpo que recibe
  calor aumenta su temperatura, el que cede calor
  disminuye su temperatura. Entonces, calor y
  temperatura está directamente relacionados

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Cantidad de Calor

• Depende de 
• Su masa, ya que cuantas más partículas haya en
  movimiento, mayor será la energía de todas
  ellas.
• Su temperatura, que determina la mayor o menor
  rapidez de movimiento de las partículas.
• Su calor específico, determinado por la
  naturaleza de la sustancia.

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Temperatura de un Cuerpo

• La Temperatura es independiente de la masa de un
  cuerpo.
• Determina el sentido en que tienen lugar los
  intercambios caloríficos entre los cuerpos.
• Cuando dos cuerpos se ponen en contacto, la
  energía calórica fluye del que tiene mayor
  temperatura al que tiene menos, y no del que
  posee más cantidad de calor al que tiene menos.

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Ejemplo de Calor y Temperatura
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Unidades de Temperatura

• Para expresar numéricamente la temperatura de un
  cuerpo se toman dos situaciones físicas conocidas
  y reproducibles (P.ej. Congelación y Ebullición
  del agua destilada, medidas a una atmósfera de
  presión) a cuyas temperaturas se asignan números
  arbitrarios.
•  
• Con estos dos valores fijos se han establecido,
  entre otras, las unidades en grados Celsius,
  Fahrenheit y Absoluta o Kelvin

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Escalas de temperatura

• Celsius 0º y 100º C
•  
• Fahrenheit 32 º y 212º F
• Absoluta o Kelvin 273º y 373º K

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Escalas de temperatura
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Conversión de Escalas

• (C x 9/5) 32 F
• (10ºC x 9/5) 32 50 F
• (F 32) x 5/9 C
• (50F 32) x 5/9 10C

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Calor Sensible y Calor Latente

• Calor Sensible es el estado calórico cuya
  variación de nivel puede determinarse mediante un
  termómetro, que es sensible a ella.
• Calor latente es aquel que agregado o sustraído a
  una sustancia no origina cambio de temperatura.
  Ocurre en los cambios de estado (Ej. Ebullición
  del agua a 100 º C), y se consume en la acción
  de transformación física.

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Calor Sensible y Calor Latente
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Calor Absorbido o Cedido por un Cuerpo

• Depende de tres factores
• La masa del cuerpo que se caliente o enfríe.
• La naturaleza del cuerpo.
• La variación de temperatura que se desea
  conseguir.

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Cálculo Matemático del Calor Sensible

•  Q C. Esp. x m x (Tº f Tº i )
• Q es la cantidad de calor entregada o recibida
  por un cuerpo (Kcal)
• m es la masa del cuerpo (Kg)
• Ce es el calor específico de la sustancia
  (Kcal/Kg.C)
• T i es la temperatura inicial del cuerpo (C)
• T f es la temperatura final del cuerpo (C)

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Ejemplos del Calor Específico

Sustancia Cal /g ºC
Aluminio 0,212
Cobre 0,093
Hierro 0,113
Mercurio 0,033
Plata 0,060
Latón 0,094
Agua de mar 0,945
Vidrio 0,199
Arena 0,20
Hielo 0,55
Agua 1,00
Alcohol 0,58
Lana de vidrio 0,00009
Aire 0,0000053
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Ejemplos de Calor Latente
Cuerpos Fusión Fusión Vaporización Vaporización
Cuerpos Temperatura ºC Calor Latente Kcal/Kg Temperatura ºC Calor Latente Kcal/Kg
Alcohol -114 25 78 201
Plata 960 25 1950 520
Cobre 1083 50 2330 1110
Agua 0 80 100 580
Fundición 1100 34 100 531
Mercurio -39 2,8 357 72
Plomo 327 5,7 1730 220
Carbono 3540 5,7 4000 12000
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TEMPERATURA DEL SUELO

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Flujo calórico

• El suelo se calienta al recibir la radiación
  solar, que es transformada por un flujo de calor
  al que llamamos B (Cal/cm2 x seg)
• El calor se traslada desde la superficie hacia la
  profundidad, y viceversa, siguiendo los
  gradientes térmicos.
• Flujo de calor B a l d T
• d
  dist.

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El Flujo Calórico es proporcional a

• En forma directa, a la diferencia de temperatura.
• En forma inversa, a la distancia.
• La proporcionalidad está dada por el l
  (Coeficiente de Conductibilidad Calórica).

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El Coeficiente l

• Expresa la cantidad o flujo de calor que circula
  por un cubo de 1 cm. de arista cuando la
  diferencia entre sus caras es 1 º C y en el
  tiempo de un segundo.
• Representa la capacidad de conducir el calor de
  una sustancia, o de una mezcla de sustancias.
• l Cal/cm x seg x º C o W/m x ºK

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Tabla de l
Material W/m.K
AceroAguaAireAlcoholAlpacaAluminioAmiantoBronceCincCobreCorchoEstañoFibra de VidrioGlicerinaHierroLadrilloLadrillo RefractarioLatónLitioMaderaMercurioMicaNíquelOroParafinaPlataPlomoVidrio 47-580,580,020,1629,1209,30,04116-186106-1403780,04-0,3064,00,03-0,070,291,70,800,47-1,0581-116301,20,1383,70,3552,3308,20,2140635,00,6-1,0
Autor Ricardo Santiago Netto Fuente "Fisicanet
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Temperatura del Suelo
 

• Primera Ley de ANGOT
• La amplitud de las temperaturas máximas y
  mínimas decrece geométricamente a medida que la
  profundidad aumenta aritméticamente.
• Segunda Ley de ANGOT
• El atraso en el registro de las temperaturas
  máximas y mínimas es proporcional a la
  profundidad.

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Marcha Anual de la Temperatura del Suelo
   
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TEMPERATURA DEL AIRE

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Transferencia de Calor en el Aire (procesos de
calentamiento y enfriamiento de la atmósfera)

• Con adición de calor
• Radiación, Conducción, Convección, Advección y
  Turbulencia
• Sin adición de calor
• Procesos adiabáticos

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Con Adición de Calor

• Radiación
• Poco importante. Sólo un 7 de la energía del
  Sol es absorbida en la atmósfera.
• Conducción
• Transferencia de energía de molécula a molécula,
  lenta y poco eficiente, pero la única posible
  entre sólidos y dentro de ellos.
• Convección
• Movimiento vertical ordenado, producido por
  diferencias de temperatura que producen variación
  de densidad del aire.

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Con Adición de Calor (Cont.)

• Advección
• Movimiento horizontal ordenado, conocido como
  brisa.
• Turbulencia
• Movimiento desordenado en todos sentidos, de
  gran magnitud de masas.
• Evaporación y Condensación
• Los calores latentes de vaporización y
  condensación del agua (580 cal/g) mueven enormes
  cantidades de energía en lugares muy alejados
  entre sí.

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Procesos de Transferencia de Calor en el Aire
Capa Límite
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Gradiente Diurno
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Gradiente Nocturno
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Temperaturas máximas y mínimas diarias
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Sensación Térmica
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Cuestionario

• En el Hemisferio Norte el invierno es más frío
  que en el Hemisferio Sur. Se debe a que la
  Tierra está más lejos del Sol? Explique
• Si se le consulta acerca de la construcción de
  pistas de esquí sobre un cerro, en el Hemisferio
  Sur, con qué orientación aconsejaría hacerlas?.
  Por qué?
• Grafique un gradiente de temperatura
  correspondiente al mediodía, y otro al amanecer,
  explicando su trazada hasta los 5 m de altura y
  luego, hasta los 200 m.
• Si dos ciudades tienen la misma amplitud térmica
  anual media, puede inferirse que la marcha anual
  de la temperatura en ambas es similar? Explique.

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Cuestionario

• Explique por qué la variación (amplitud) diaria
  de la temperatura de una localidad seca es
  diferente de la de una húmeda, y en días
  despejados de la de días nublados.
• Dé dos razones que justifiquen por qué el
  termómetro de mínima no utiliza mercurio.
• En queconsiste la sensación térmica?
• en un mapa de isotermas de la República
  Argentina, qué significa que una isoterma se
  desvíe hacia el sur al llegar al mar? En qué
  estación ocurre esto, y por qué?