Semana 11

Equilibrio térmico, temperatura e intercambio de energía

Pregunta	¿Qué se requiere para obtener un equilibrio térmico?	¿Cuándo se logra el equilibrio térmico?	¿Cuáles son las escalas de temperatura conocidas?	¿Cuáles son las fórmulas para intercambiar las diferentes escalas térmicas?	¿Cómo se representaría esquemáticamente  el intercambio de energía interna entre dos materiales?	Como se Representar el equilibrio térmico a nivel molecular de dos diferentes materiales?
Equipo	4	2	3	6	5	1
Respuesta	El equilibrio térmico se alcanza cuando se tiene igualdad de temperatura en todos los puntos del sistema, al igual que el equilibrio mecánico que se alcanza cuando existe igualdad de presión en todos los puntos del sistema y el equilibrio químico cuando hay igualdad de potencial químico en todos los puntos, los tres aspectos son requisito indispensable para que exista equilibrio termodinámico.	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.	Celsius —también conocida como escala centígrada—, la escala Fahrenheit, la escala Kelvin, la escala Rankine o la escala termodinámica internacional	Para transformaciones a escala absoluta utilizas las siguientes expresiones: K=ºC+273.15 (para transformar ºC a grados Kelvin) R=ºF+459.67 (para transformar ºF a grados Rankine)	Cuando dos aguas con temperatura distinta se ponen en contacto hasta igualarse	La experiencia demuestra que cuando dos cuerpos, uno frío y otro caliente, se ponen en contacto durante un tiempo prolongado, terminan por alcanzar un estado de equilibrio entre ambos que se denomina equilibrio térmico. En ese estado no es posible distinguir cuál de ambos está más frío y cuál más caliente. La propiedad que tienen en común los cuerpos que se encuentran en equilibrio térmico es precisamente la temperatura.

Practica

FASE DE DESARROLLO Procedimiento: Colocar las cantidades indicadas de agua en el matraz Erlenmeyer y el vaso de precipitados. Mezclar el agua del matraz al vaso de precipitados. Medir y anotar las temperaturas y tiempo de equilibrio. Equipo Ml de agua en el Matraz Temperatura oC Ml de agua en el Vaso de precipitados Temperatura oC Tiempo de equilibrio minutos Temperatura de equilibrio °oC 1 50 24° 25 20° 3.38 22° 2 75 19° 50 20° 2 22° 3 100 75 4 125 21° 100 20° 2.5 21° 5 150 20° 125 20° 2.15 21° 6 175 20° 150 19° 1.3 21°

Propiedades térmicas de las sustancias

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.

Practica

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)