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Termología

Teoría

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A Continuación encontrarás todos los temas de Termología con una pequeña explicación.

Cero Absoluto.
Es la temperatura a la cual los cuerpos se encuentran en un reposo absoluto y carecen de espacios intermoleculares y no habiendo movimiento molecular, la energía cinética molecular es cero correspondiendo a la temperatura de -273ºC o -459.4ºC.
 
Escalas Absolutas.
Son aquellas que empiezan en el cero absoluto y tenemos la escala Kelvin y Rankin. La primera tiene sus grados iguales a los de la escala centígrada y la segunda los tiene iguales a escala Fahrenheit. Tabla de conversión de escalas termométricas.
ºCàºK= ºC + 273àºK                           ºFàºR= ºF +459.4à ºR
ºCàºF= ºC *1.8 àºF
 
 
Dilatación
Cuando a un cuerpo se le eleva o disminuye su temperatura, aumenta o disminuye su volumen llamándose dilatación a este fenómeno. Si hay una variación de volumen en los cuerpos sólidos también se tendrá una variación de longitud y superficie llamándoseles dilatación lineal y dilatación superficial respectivamente.
Dilatación lineal
Se llama coeficiente de dilatación lineal alfa al aumento o disminución que tiene la unidad de longitud de un cuerpo al elevar o disminuir un grado Celsius su temperatura. La unidad de longitud puede ser el cm o el metro y la variación que se tiene por cada grado Celsius es de millonésimas de unidad por lo que esta variación de longitud no se aprecia a simple vista. Existen tablas que nos proporcionan valores de los coeficientes de dilatación para diferentes materiales asi como por ejemplo para el aluminio es de 2.2 (10)-5/ºC.
Formulas:   ▲l=lo*coef. De dilatación lineal (alfa)*tº
Lf=lo+- ▲l Ejemplo:
Se tiene una varilla de cobre cuya longitud es de 1.6m a una temperatura de 4ºC, si se calienta a 120ºC y su coef. De dilatación lineal es de 1.7 (10)-5/ºC¿ Cuál es su longitud final?
1.7(10)-5*(120-4)º*1.6= 3.155(10)-3
Lf= 1.6m+3.155(10)-3à 1.6031m
 
Dilatación cubica.
Es la variación de volumen que tienen los cuerpos al cambiar su temperatura. Se llama coeficiente de dilatación cubica al aumento o disminución que tien la unidad de volumen que tiene un cuerpo al elevar o disminuir un grado ºC su temperatura. La unidad de volumen puede ser cm3 o m3 y para los sólidos el coeficiente de dilatación cubica es igual al coeficiente de dilatación*3.
Formulas.
Vf=Vo+-AV(aumento de volumen)
AV=Vo*coeficiente de dilatación cubica*tº
Se tiene un cuerpo cuyas dimensiones son de long:40 cm, ancho:20cm, y altura :5cm a una temperatura de -5ºC si esta cambia a 42ºC y su coeficiente de dilatación lineal es de 2.6(10)-5. ¿Cuál es su volumen final?
Volumen: 4000cm3
4000cm3*2.6(10)-5*3*47º=AV
VF=4014.664cm3


Calorimetría.
Cuando a un cuerpo se le incrementa su temperatura, su energía cinética molecular aumenta poniéndose de manifiesto en forma de calor, que es una forma de energía que se mide en calorías.
Se llama caloría gramo o caloría pequeña (cal) a la cantidad de calor necesaria para elevar od disminuir un grado centígrado la masa de un gramo de agua. Se llama Caloría grande o kilocaloría (kcal) a la cantidad de calot necesaria para elevar o disminuir un grado centrígrado a la masa de un kilogramo de agua (1 litro).
 
1kcal=1000  calorías.
 
 
Calor Específico.
Se llama calor específico (CE) a la cantidad de calor necesaria para elevear o disminuir un grado centrígrado la temperatura de cualquier material.
Existen tablas que nos dan los valores de CE de cualquier material.
 
CE de H2O = 1cal/grºC
 
El calor específico de los metales es mucho más pequeño que el del agua, ya que con cantidades muy pequeás de calor se eleva mucho su temperatura.
 
Se llama capacidad calorífica al producto de la masa por su calor específico y es igual a la cantidad de calor necesaria para aumentar o disminuir un 1ºC a la masa de un cuerpo.
 
Capacidad Calorífica=mCe
 
Si a un cuerpo de masa (m) y de calor específico (ce) se le hace variar su temperatura (tº) la cantidad de calor (Q) que se genera o se desprende se calcula multiplicando la capacidad calorífica por la variación de temperatura.
 
Q=mCetº
tº= Temperatura final - temperatura inicial
 
Problema:
Si a 250g de agua se le lleva de 18ºC a 54ºC y después a 15ºC. Cual es su calor generado?
Q=mCetº
Q=250*36*1= 9000 Calorías generadas.
Q=250*-39*1= -3750 Calorías desprendidas.
 
Cuando se tienen dos cuerpos de diferente temperatura al hacer contacto el de mayor temperatura con el de menor, sede calor al de menor hasta que ésa se equilibra teniéndose un equilibrio térmico y la cantidad de calor sedida por el de mayor temperatura es igual a la cantidad de calor recibida por el de menor temperatura dando como resultado la ecuación general de la calorimetría.
 
Qc=Qr
mCetº=mCetº
mCe(t0-tf)=mCe(tf-t0)
 
 
Equivalente Mecánico de Calor.
Cuando se efectúa un trabajo mecánico se puede producir cierta cantidad de calor como ocn el frotamiento de los cuerpos. Actuando las fuerzas de fricción o de rozamiento y también con una cierta cantidad de calor se puede afectuar trabajo como sucede con las máquinas de vapor.
Joule encontró el quivalente mecánico del calor experimentalmente y nos dice una caloría gramo puede efectuar un trabajo de 4.186Joules y con esta equivalencia podemos convertir calor a trabajo o trabajo a calor con sus factores de conversión correspondientes.
 
Con un trabajo de 40kpm que cantidad de calor de produce?
 
40kpm*9.8= 392Joules/4.186cal/Joule= 93.64 Calorías.
 
 
Estado Gaseoso.
En este estado físico de la materia se tiene siempre una relación entre la presión, el volúmen y la temperatura de los gases, por lo que se tienen:
Procesos Isotérmicos (temperatura constante).
Procesos Isobáricos (presión constante).
Procesos Isométricos (volúmen constante).
 
Ley de Boyle-Mariotte
En todo proceso isotérmico los volúmenes de una misma masa gaseosa son inversamente proporcionales a las presiones ejercidas. Si la temperatura permanece constante el producto de la presión por el volúmen nos da una constante para la masa gaseosa considerada.
 
Presion*Volúmen=Presion'*Volúmen'
 
Ley de Charles
En todo preoceso isobárico los volúmenes de una misma masa gaseosa son directamente proporcionales a las temperaturas absolutas.
 
Volúmen/Volúmen'=Temperatura/Temperatura'
 
Ley de Gay-Lussac
En todo proceso isométrico las presiones ejercidas por una misma masa gaseosa son directamente proporcionales a sus temperaturas absolutas.
 
Presión/Presión'=Temperatura/Temperatura'
 
Se llama gas perfecto o ideal a aquel que cumple rigurosamente con las leyes de Boyle-Mariotte, Charles y de Gay-Lussac y matemáticamente cumple la siguiente relación.
 
Presión*Volúmen/Temperatura=Presión'*Volúmen'/Temperatura'
 
En el estado gaseoso las temperaturas que se utilizan son temperaturas absolutas, por lo que deben de estar en grados Kelvin y cuando se diga en conficiones normales, debe entenderse que la presion es a nivel del mar (1atm) y a una temperatura de 0ºC o 273ºK
 
Calor Específico de un Gas.
El calor específico de un gas tiene dos valores:
Unosi el proceso que actúa es isométrico (volúmen constante CeV) y otros si es isobárico (presión constante CeP)
 
En un proceso isométrico la cantidad de calor que se le suministra o se le desprende a un gramo de gas aumenta o disminuye 1ºC lo que ocasiona un incremento o disminución de la energía interna y en un proceso isobárico con el aumento o disminución del volúmen se efectúa un trabajo positivo o negativo por lo que la cantidad de calor suministrada o desprendida al gramo de gas debe ser mayor ya que parte es para elevar la temperatura y la otra parte para efectuar el trabajo que hace el gramo de gas al aumentar o disminuir su volúmen.
 
Por lo anterior el calor específico a presión constante es mayor que el CE a volúmen constante.
 
CeV<CeP
 
Y si se conoce para un gas sus dos calores específicos la diferencia de sus valores nos da el calor necesario para que ese gas realice un trabajo.
 
CeP-CeV=Q
 
Y si conocemos la masa del gas y la variación de temperatura podemos calcular el trabajo realizado en el gas en el proceso isobárico.
 
W=m(CeP-CeV)tº=cal
W=4.186m(CeP-CeV)tº= Joule.
 
 
Transformaciones Adiabáticas
Son aquellas en las que no entra ni sale calor del sistema siendo muy importantes para el estudio de las máquinas térmicas.
En las transformaciones adiabáticas el calor es igual a CERO. Por lo tanto si:
Q=0
Q=W+AE :. W=-AE
0=W+AE
 
Como el incremento de energía es diferente a CERO nos indica que hay variación de temperatura, lo cual es de sorprenderse ya que no se le ha dado ni quitado calor al gas de tal forma que son transformaciones en las que el trabajo que realiza el gas es a expensas de su propia energía interna.
 
 
Máquinas Térmicas.
Se llaman máquinas térmicas a todo aparato que tranforma el calor en trabajo y se clasifican en máquinas de combustión externa e interna; las primeras son aquellas que obtienen su calor de una fuente externa, por ejemplo las locomotoras. Las segundas obtienen su calor de una explosión interna, por ejemplo los motores de gasolina y de diesel.
 
Todas las máquinas térmicas absorben calor del sistema generador y parte de ese calor lo transformas en trabajo y el resto lo ceden al medio externo que está a menos temperatura.
 
El rendimiento o eficiencia (r) de una máquina se encuentra dividiendo el trabajo entre el calor y para calcularlo se requiere que el trabajo y el calor estén en la misma unidad (calorías o Joules) y también suele expresarse como un porcentaje.
 
r=W/Q     r%=W/Q*100
 
En la naturaleza existe otro principio que nos dice que no existe una máquina térmica que sea 100% eficiente.
 
Problema
Calcular el rendimiento de una máquina térmica la cual se le suministran 58000000 calorías realizando un trabajo de 60900000Joules
 
r=W/P
r=609000000J/2427000000J
r=25%
 
 
 

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