¡Descarga Temperatura: Concepto, Escalas y Transferencia de Calor y más Apuntes en PDF de Física solo en Docsity!
TEMPERATURA [K] [ºC]
La temperatura és una magnitud termodinàmica que posa en
evidència l’energia tèrmica que té un cos en relació amb la d’un
altre
La temperatura és una propietat intensiva del sistema,
relacionada amb l'energia cinètica mitja de las molècules que el
formen.
60ºC 40ºC
50ºC 50ºC
Aquests dos sistemes quan es
posen en contacte no
experimenten cap canvi. Estan en
equilibri tèrmic. Tenen la mateixa
temperatura.
En posar-los en contacte, interaccionaran
(transferència d’energia) fins a arribar a
la mateixa temperatura (equilibri tèrmic).
Calor : energia que passa d’un cos a un
altre quan estan a diferents temperatures
Principi zero de la termodinàmica
Quan dos sistemes A i B estan en equilibri tèrmic amb un
tercer C, A i B també estan en equilibri tèrmic entre ells.
Temperatura: propietat que permet establir l’existència o no
d’equilibri tèrmic entre els sistemes.
A
B
C
CALOR CALOR
Un sistema cedeix E en forma de Q si es transfereix com a resultat
d’una diferència de T entre el sistema y l‘entorn.
Calor és l’energia que passa d’un cos a un altre quan estan a diferent
temperatura.
( )
T P
Q mC T T
la T
sistema
varia fins a igualar la T
voltants
Unitats :
Joule
1 cal = 4.184 J 1 J = 0.24 cal
Calor específica= Quantitat de calor que s’ha de subministrar a una quantitat
determinada de substància ( 1 gram/1 mol) perquè la seva temperatura augmenti un
grau. (Cp, Cv). Calor específica de l’aigua = 1 cal/g ºC. Calor específica metalls = 6
cal/mol ºC.
Quina quantitat d’energia li hem de comunicar a un cos de
massa m perque augmenti la seva temperatura de T
1
a T
2
Ejemplo 3. Se mezclan 800 g de agua a 20 0 C con 1000 g de agua a 70 0 C. Calcular cuál será la temperatura final de la mezcla. Datos: m A = 800 g ; t A = 20 0 C m B = 1000 g ; t B = 70 0 C Ce = 1 cal/ g 0 t F = ¿? Como el calor cedido por el agua a temperatura más alta deberá de ser igual (pero de signo contrario) a la ganada por el agua a temperatura más baja, deberá de cumplirse: A B
Q Q 0
A A e F A B B e F B A e
Q m c (t t )
Q m c (t t ) m c
F A B e
(t t ) m c
F B A F A A B F B B F A B A A B B A A B B F A B
(t t ) 0
m t m t m t m t 0 t (m m ) (m t m t ) 0 m t m t 800 g t m m
0
20 C 1000 g
0
70 C
(800 1000) g
0
47,8 C
T (
0
C)
t (min)
100
0
Fusió. La temperatura no
canvia
Ebullició. La
temperatura
es manté
invariable.
Partim de gel a - 20
0
C i comencen a escalfar-lo a
calentarlo: (vegeu gràfic)
Quan escalfem una substància li donem energia que
s’empra en augmentar l’energia cinètica mitjana de
les seves molècules raó per la qual la seva
temperatura augmenta.
L’energía (calor) que li hem de donar per elevar la
seva temperatura un determinat nombre de graus t
la calcularem aplicant:
Q = m ce t
I … ¿que ocorr quan arribem a la temperatura del canvi d’estat? Experimentalment veiem que la
temperatura roman invariable encara que li seguim comunicant energia. Ara l’energia que li donem no
augmenta l’energia cinètica de les mol·lecules sinò que romp els enllaços entre elles ( procès necessari
perquè la substància passi a un altre estat (per ex. líquid) en el qual les interaccions entre les mol#lècules
són més dèbils.
La quantitat de calor que és necessari comunicar a una substància pèr a que canvii d’estat una vegada ha
arribat a la temperatura a la que es produeix, depèn de la substància i de la seva massa.
El calor latent de canvi de fase: és la quantitat de calor que hem de subministrar a 1 kg de substància
perquè canvii d’estat. Unitats: J/kg).
Q = m L
Sustancia L fusión
(kJ/kg) (1 atm) Lvap (kJ/kg) (1 atm)
Agua 334 2246
Etanol 109 850
Alumnio 395
Hierro 275
Plomo 23
Ejemplo 4.
Calcular la cantidad de calor que es necesario comunicar a 500 g de hielo a - 20
0
C para elevar su
temperatura hasta 50
0
C.
Dato: Ce (Hielo)
= 0,5 cal/g.
0
C
Solución:
Podemos imaginar el proceso dividido entres fases
Fase 1 : Aumento de la temperatura desde - 20
0
C hasta 0
0
C (temperatura de fusión)
Fase 2: Fusión a 0
0
C.
Fase 3 : Aumento de la temperatura desde 0
0
C hasta 50
0
C
Fase 1. Cálculo del calor que es necesario comunicar para elevar la temperatura de 500 g de hielo
desde – 20
0
C hasta su temperatura de fusión (
0
C):
Fase 2. Cálculo del calor necesario para que el hielo funda sin variar su temperatura (
o
C)
Fase 3. Cálculo del calor necesario para elevar la temperatura del agua desde 0
0
C hasta 50
0
C.
Calor total :
1 e (hielo) 2 1
Q m c (t t ) 500 g
cal
0,
g
0
. C
0
[0 ( 20)] C 5.000 cal
5.000 cal
1J
0,24 cal
3
1kJ
10 J
20,8 kJ
2
Q m L 0,5 kg
kJ
334
kg
167,0 kJ
3 e (agua) 3 2
Q m c (t t ) 500 g
cal
1
g
0
. C
0
(50 0) C
4
4
2,55.10 cal
2,5.10 cal
1J
0,24 cal
3
1kJ
10 J
104,2 kJ
1 2 3
Q Q Q Q 20,8 kJ 167,0 kJ 104,2 kJ 292,0 kJ
Hielo
- 20
0
C
Hielo
0
0
C
Agua (liq))
0
0
C
Agua (liq)
50
0
C
20,8 kJ
104,2 kJ 167,0 kJ
PRIMER PRINCIPI
T=20ºC
Estat Inicial
T=40ºC
Estat Final
1.- TREBALL. CALOR, ENERGIA. 1.- TREBALL. CALOR, ENERGIA.
1.- TREBALL. CALOR, ENERGIA. 1.- TREBALL. CALOR, ENERGIA.
Calor i treball tenen diferent efecte sobre les molècules de
l’ entorn
Q W
Primer Principi de
Termodinàmica
PRIMER PRINCIPI
L’ ENERGÍA DE L’UNIVERS ES
CONSERVA
L’ energía
potencial es
transforma en
energia cinètica
La pèrdua d’ energia
potencial accelera la
baixada de l’ objecte
cau
S’accelera
energia química (carbó)
energia interna (aigua líquida vapor d’aigua)
el vapor s’expandeix Treball
energia cinètica
2 1
2
mgh mv cte
Reacció Química
Canvi de Fase
1.- TREBALL.
1.- TREBALL.
Treball hidrostàtic (PV)
Treball hidrostàtic (PV)
P
ext
P
int
Equilibri mecànic
x
w F dx
x ext
F P A
P
ext
= P
int
A V / x
P
ext
> P
int
P
ext
P
int
dx
P
ext
P
int
P
ext
> P
int
. J / K.mol
at.l x. J
. at.l/ Kmol
Unitats
sistema ext
w P dV
sistema ext
W P dV
èmbol ext
w P dV
1.- TREBALL. CALOR, ENERGIA. 1.- TREBALL. CALOR, ENERGIA.
Criteri de signes Criteri de signes
SISTEMA
Q > 0
W > 0
W < 0
Q < 0
L’energía és la capacitat per a fer un treball
1.- TREBALL. CALOR, ENERGIA. 1.- TREBALL. CALOR, ENERGIA.
ENERGIA:
ENERGIA:
E
sistema
= U+ E
altres
E deguda a la posició del sistema en un camp de
forces (gravitacional, elèctric, magnètic) i al seu
moviment en conjunt:
Energia Interna , U
característica del sistema (E
t
, E
r
, E
v
de molècules)
depèn de l’estat d’agregació del sistema
E
altres
L’energía és una propietat extensiva
Unidades: Joule (J)
J / mol
U
U
n
Podem definir una propietat intensiva
Treball adiabàtic. “El treball total és el mateix en tots els processos
adiabàtics que tenen lloc entre dos estats d’equilibri que tenguin les
mateixes energies cinètica i potencial”. És una funció d’estat: Funció
energia interna U f T P V ( , , )
