Calor y Temperatura

México D.F. a 31 de Agosto del 2001 I.Q. Ramón Monreal Vera Romero CDYPSE 1

Universidad Nacional Autónoma de México

Colegio de Ciencias y Humanidades

Plantel “Oriente”


SILADIN

Sistema de Laboratorios de Investigación

L A C E

Laboratorios de Creatividad

Centro de Desarrollo

y

Producción de Software

Educativo

C D Y P S E

Universidad Nacional Autónoma de

México

Colegio de Ciencias y Humanidades

Plantel “Oriente”

Profra. Yolanda Sandoval Alonso

Profr. Octavio Jimenez Pierre

Profr, Jorge Ruiz Ibañez

Ing. Quim. Ramón Monreal Vera R.

Demostraciones

Física y Química


Objetivos

• Motivar al Alumno en el estudio de las ciencias de Física y Química.

• Despertar el interés por los fenómenos de la naturaleza.

• Generar en el alumno interrogantes que lo lleven a investigar.

Absorción de Rayos

Infrarrojos por el Bióxido de

Carbono


Calor

• Es la transferencia de energía

entre dos cuerpos que tienen

diferente temperatura, fluyendo

siempre del cuerpo de mayor

temperatura al cuerpo de menor

temperatura.


Calor

• El Calor es una

energía en

transferencia.


Calor

• Sus unidades son las calorías.

• La Caloría se definen como:

• “Es la cantidad de calor necesaria para que un

gramo de agua eleve su temperatura un grado

centígrado”


Calor

• Otras unidades son las que se definen en

función del trabajo que son los Joules o

Julios, son unidades de energía, por que

el trabajo es también una transferencia de

energía.

1 caloría = 4.2 Joules


Calor

• El calor puede tener valores positivos o

negativos, ejemplo:

• Q = + 30 calorías

(recibió 30 calorías, aumento su energía)

• Q = - 30 calorías

(perdió 30 calorías, disminuyo su energía)


Calor

La capacidad para recibir o perder

energía, en forma de calor es diferente

para cada material que existe en la

naturaleza.


Calor Específico

• El calor es la capacidad que tienen una

sustancia para ganar o perder energía en

forma de calor.

• Se define como:

“La cantidad de calor necesario para que

un gramo de una sustancia eleve su

temperatura un gramo centígrado”.


Calor EspecíficoCALOR ESPECÍFICO (A 25 ºC

SUSTANCIA cal/g ºC J/kg K

Aire 0.24 1,010

Aluminio 0.22 .900

Alcohol etílico 0.59 2,450

Oro 0.03 130

Granito 0.19 800

Hierro 0.11 450

Aceite de oliva 0.47 2,000

Plata 0.06 240

Acero inoxidable 0.12 510

Agua (líquida) 1.00 4,180

Madera 0.42 1,760


Calor EspecíficoCALOR ESPECÍFICO (A 25 ºC

SUSTANCIA cal/g ºC J/kg K

Aire 0.24 1,010

Aluminio 0.22 900

Alcohol etílico 0.59 2,450

Agua (líquida) 1.00 4,180

Madera 0.42 1,760

Observar que el calor específico

del agua es muy alto


Calor Específico

• En base a la definición de calor especifico tenemos:

• Aluminio

• Su interpretación será:

Por cada gramo de Aluminio se necesitan0.22 calorías para que eleve sutemperatura 1 ° C.

Cgramo

CaloríasCe 22.0


Calor

• Nuestra piel tiene detectores de calor,

detectando si perdemos o ganamos energía en

forma de calor, pero no la pueden cuantificar.


Temperatura

• Para poder establecer en que dirección va

a fluir el calor se utiliza la temperatura,

que para entenderla primero veamos

como funciona un termómetro.


Termómetro

• El más conocido es el de mercurio, el cual está conformado por un bulbo, una escala y un capilar.

• Cuando el termómetro se calienta el mercurio asciende por el capilar y la escala nos indica la temperratura


¿ Cómo Funciona?

• Cuando un cuerpo se

encuentra a una

temperatura sus

moléculas están en

continuo movimiento.

• Cuando se calienta

un cuerpo el

movimiento de sus

moléculas aumenta.


¿ Cómo Funciona?

• Al aumentar su movi-miento golpean al bulbodel termómetro haciendoque sus moléculas semuevan, golpeando a suvez a las moléculas delmercurio.

• Las moléculas del mer-curio se mueven provo-cando una dilatación yasciende por el capilar.


Tipos de termómetros

• Existen muchos tipos de termómetros,

pero todos ellos funcionan bajo el mismo

principio de cuantificar alguna propiedad

(dilatación, resistencia, color, etc.) que se

vea alterada por el movimiento de las

moléculas del sensor.


Significado de la Temperatura

• Cuando dos cuerpos tienen

diferente temperatura, se

presenta una transferencia

de energía en forma de

calor, del cuerpo de mayor

temperatura al de menor

temperatura.



• El cuerpo de mayor

temperatura sus

moléculas se mueven

mas rápidamente, en

relación al de menor

temperatura, al entrar en

contacto chocan entre sí,

se transfiere el movimien-

to molecular,



• Esto se presenta de la

misma manera en los

gases, las moléculas del

aire si tienen un mayor

movimiento, al chocar

contra las moléculas de

los cuerpos le transfieren

energía.



• Las moléculas al chocar transfieren su

movimiento hasta alcanzar ambas el mismo

nivel de Energía Cinética (Energía de

movimiento) o sea la misma temperatura.



• Energía Cinética

Ec = mV2

2


Temperatura

• Es un indicador del nivel de

energía cinética de las

moléculas de un cuerpo.

• No mide la energía que tiene

un cuerpo.


Temperatura

• El agua de los dos vasos tienen la misma

temperatura, sus moléculas tienen el mismo

nivel de energía cinética.


Temperatura

• Pero el de la izquierda al tener mayor masa

tiene un mayor contenido de energía.

• ¿ Cuál tardará más tiempo en enfriarse ?


Calor

La transmisión de energía en forma de

Calor se puede presentar en tres formas:

– Conducción

– Convección

– Radiación.


Formas de Transmisión de Calor

Conducción

• Cuando calentamos

un recipiente con

agua se van a

presentar los tres

tipos de transmisión

del calor.



Conducción

• Por conducción la

energía se transmite

de molécula a

molécula desde el

fondo del recipiente

hacia arriba.



Convección

• El liquido en la parte

inferior al calentarse

se dilata y se vuelve

menos denso,

provocando que

ascienda.


• El liquido en la parte

superior está a más

baja temperatura y

con mayor densidad

que hace que

descienda, formando

las corrientes de

convección.


Convección



Radiación

• Los cuerpos que tienen temperatura, emiten

radiaciones electromagnéticas de rayos

infrarrojos que es la forma de transmisión de

energía por radiación.


Rayos Infrarrojos

• Como el ser humano tiene temperatura también emite radiaciones electromagnéticas, pero nuestro sentido de la vista no lo puede percibir, esta es una fotografía con película sensible a los rayos infrarrojos.


Rayos Infrarrojos

• Actualmente se utiliza para detectar variaciones

de temperatura provocados por un mal

funcionamiento del organismo, a esto se le

denomina termografía.


Escala de Temperatura

• Las temperaturas mas altas se encuentran en el núcleo de las estrellas, producto de las reacciones nucleares que liberan su energía.

• Se considera la temperatura más baja a -273°C aunque nunca se ha llegado, en ese punto se considera que las moléculas no se mueven.


El Sol

• Toda la energía que contiene nuestro planeta proviene

del Sol, producto de las reacciones nucleares que se

desarrollan dentro de su núcleo..


El Sol

• El Sol emite energía que

podemos

aprovechar, además de

radiaciones que puede

dañar a nosotros y a los

ecosistemas del planeta.

El Sol• Útil

• Rayos Infrarrojos

• Luz Visible

• Luz ultravioleta

• Perjudicial

• Partículas Cargadas(Viento Solar)

– Alfa

– Beta

– Protones

– Etcétera

• Radiaciones Ionizantes

– Ultravioleta

– Rayos X

– Gama



Viento Solar

• Pero nuestro planeta presenta protección contra estas radiaciones, en el caso de partículas cargadas (viento solar), el magnetismo de la Tierra las desvía y son atrapadas en los Cinturones de Van Allen.


Partículas Cargadas

• En la parte de los polos de la Tierra el

campo magnético es mucho más fuerte y

las partículas cargadas atrapadas

interaccionan con la atmósfera gaseosa

produciendo uno de los más hermosos

espectáculos, las Auroras Boreales


Auroras Boreales


Energía Solar• La energía que recibimos

del Sol, hace que nuestro

planeta este vivo, ya que

genera movimiento de las

capas atmosféricas y

corrientes oceánicas

regulando su

temperatura, permitiendo

que nuestro planeta tenga

las condiciones necesarias

para que se desarrolle la

vida.


Conversión de la energía

• Que después se

transforma en

los diferentes

tipos de energía

(eólica, hidráuli-

ca, etc.).


El poder de la naturaleza


El poder de la naturaleza

• Huracanes

• Tornados

• Tifones

• Tormentas Eléctricas

• Marejadas

• Inundaciones

• Incendios


Energía Solar

• La radiación solar incidente sobre la tierra, parte de ella se absorbe y posteriormente hay una reemisión de radiación de la tierra a la atmósfera


La Atmósfera

• Nuestro planeta presentauna capa muy delgada deatmósfera que nos envuel-ve, que permite fácilmente

el paso de radiaciones electromagné-ticas (rayos Infrarrojos, rayos Ultravioleta y luz Visible).


La atmósfera

• La Ionosferasirve deprotección alabsorber lamayor parte dela radiaciónionizante quenos llega delSol.


La atmósfera

• La capa deOzono sirve deprotección alabsorber lamayor parte dela radiaciónultravioleta quenos llega delSol.


Onda Electromagnética

• Las radiaciones electromagnéticas son variación de campos eléctricos y magnéticos que viajan a través de una onda.


Onda

• Las ondas se caracterizan por:


• La frecuencia es el número de ondas que

pasan por un punto en un segundo.

Frecuencia

• en el caso anterior su frecuencia es de 8 ondas

en 4 segundos, por lo tanto su frecuencia es de

dos ondas por cada segundo.


Frecuencia

• Matemáticamente se escribiría:

•2 onda o de 2 Hertz

seg• Interpretación:

Dos ondas por cada segundo.


Frecuencia y Longitud de Onda

• Las ondas electromagnéticas al aumentar

su frecuencia, la longitud de onda

disminuye, ya que al disminuir la longitud

de la onda la cantidad de ondas que

cruzan por un punto es mayor, teniendo

un comportamiento inversamente

proporcional.


Frecuencia y Longitud de Onda


Espectro Electromagnético

• Las ondas electromagnéticas se acomodan en

función de su longitud de onda y forman lo que

se conoce como espectro electromagnético:


Nanómetro

• Un nanómetro es un submúltiplo

del metro y representa:

1 nanómetro = 10-9 metros

1 nanómetro = 0.000,000,001


Ondas ElectromagnéticasReflexión acerca de las ondas electromagnéticas:

• Las ondas de radio y televisión siendo las menos energéticas a ciertas distancias de kilómetros se va perdiéndose la señal o aparece interferencia.

• Las ondas de radar son de mayor energía tienen más alcance que las ondas de radio.

• Las ondas infrarrojas tienen la capacidad con su energía de hacer que las moléculas aumenten su movimiento (Aumento de Temperatura).

• Las ondas de la luz visible interactúan con los electrones de los átomos y produciendo lo que nuestro sentido de la vista lo percibe como color.

• Las ondas de luz ultravioleta interactúan con los electrones de los átomos dando la suficiente energía para que se puedan producir reacciones químicas.

• Las ondas de los rayos X son interacciones con los electrones más cercanos al núcleo y tienen el poder de atravesar ciertos materiales, utilizándose por ejemplo en la obtención de las radiografías.

• Las ondas gama que pueden generar alteraciones en el núcleo de un átomo.


Luz Visible• De las ondas electromagnéticas,

un pequeño grupo puede ser

percibido por nuestra vista,

que son las ondas de la zona

visible, que las identificamos desde el color

rojo hasta el violeta, esta zona del espectro

la podemos observar después de un día

lluvioso y brilla el sol, en el horizonte

podemos ver un hermoso arco iris.


Espectro de luz• Dentro del laboratorio lo podemos obtener

al pasar un rayo luminoso a través de un prisma de cristal:


Prisma de Agua


Luz Visible

• Este es el espectro de luz visible que su longitud de onda va desde los 400 a los 700 nanómetros:


Luz Visible

• Que es toda la gama de colores

que nuestro sentido de la vista

puede percibir:


Luz Visible

• Donde las ondas de mayor energía son las

violetas y las de menor energía son las rojas,

recordemos que entre mayor sea la longitud de

la onda menor energía y viceversa.


Rayos Infrarrojos

• Los rayos infrarrojos que también

se reciben del Sol, son radiacio-

nes electromagnéticas que no

pueden ser percibidos por

nuestro sentido de la vista, pero lo detec-

tamos con nuestro sentido del tacto, que

se manifiesta como aumento de

temperatura de nuestro cuerpo.


Rayos Infrarrojos

• Estos rayos invisibles de menor nivel de energía que la luz visible, los utilizamos en cámaras de video, cámaras fotográficas, controles remotos para el encendido o apagado de equipo electrónico


E

N

E

R

G

Í

A

Tipo de

Radiación

Alteración

T

A

M

A

Ñ

O

D

E

P

A

R

T

Í

C

U

L

A

Rayos Gama Núcleo

Rayos X Electrones muy

cercanos al núcleo

Rayos

Ultravioleta

Electrones

intermedios del

átomo

Luz Visible Electrones más

externos

Rayos

Infrarrojos

Moléculas


¿ Pero porque son absorbidos los rayos

infrarrojos por algunas sustancias?

• La radiación electromagnética que

corresponde a los rayos infrarrojos, va a

producir movimientos moleculares:


Movimientos Moleculares













• Depende de laenergía de los rayosinfrarrojos (Longitudde onda) el tipo demovimiento que va aproducir, ya sea detraslación, vibración orotación, tambiénpodrá ser elmovimiento externo ointerno


Espectro de luz Infrarroja

• La absorción de las radiaciones infrarrojas

nos permite muchas veces determinar la

estructura de las moléculas a través los

diferentes niveles de energía que

absorbe, a esto le denomina espectro de

absorción infrarroja o espectro de

infrarrojo.


Espectro de luz infrarroja

3400-3200 cm-1

No presenta OH o NH



3100 cm-1

ningún máximo para hacer pensar en

un CH insaturado

Doble o triple enlace



2900 cm-1

Cresta fuerte que indica CH

saturado



2200 cm-1

ningún enlace triple

asimétrico



1710 cm-1

Fuerte absorbancia del grupo

carbonilo (Carbono Oxígeno)



1610 cm-1

Ninguna absorción para hacer pensar

en dobles enlaces carbono –

carbono.




Efecto Invernadero

• El bióxido de carbono presente absorbe

más cantidad de luz

infrarroja, acumulando una mayor

cantidad de energía térmica, la cual al

momento de bajar la temperatura esta

empezará a liberarse haciendo que en la

superficie de la Tierra tenga una

temperatura mayor, que si solamente

estuviera en la atmósfera el aire

(Nitrógeno y Oxígeno).


Aumento de Bióxido de Carbono

• Quema de Combustibles

(petróleo, carbón, gas, etc.)

• Tala de Bosques que disminuye el

proceso de la fotosíntesis.

• Aumento de la temperatura atmosférica

que favorece los incendios forestales.


Gases de invernadero

Los principales gases responsables del aumento

de la temperatura en la Tierra son:

– CO2

– H2O

– O3

– CH4

– Cloro-Fluoro Carbonos


Efecto Invernadero• Se compara la

influencia de laatmósfera terrestrecon un invernaderoy los gases queforman laatmósfera de laTierra sirven comolas paredes decristal de uninvernadero paramantener el calor


Efecto Invernadero

• El efecto invernadero es producto de la

absorción de los rayos infrarrojos procedentes

del Sol y que se absorben por el Bióxido de

Carbono presente en la atmósfera.


Contaminación


Consecuencias


¿ Que se puede hacer ?

• Asumir una conciencia ecológica

para combatir la contaminación

de nuestro planeta, ya que la

solución es a partir de todos los

que habitamos en la Tierra


¿ Te gusta el paisaje ?


Cuidar nuestro planeta

• Actualmente se mantiene una

vigilancia muy estrecha de lo que

sucede en la Tierra y verificando

los niveles de temperatura, así

como las concentraciones de

bióxido de carbono presentes en

la atmósfera.


Concentración de CO2


Emisión por país de CO2






Temperaturas del Planeta


FIN

Education

Calor y Temperatura