ciencias físicas 2. capítulo 8 transferencias del calor
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Ciencias Físicas 2
Capítulo 8
Transferencias del Calor
CALOR Y ENERGÍA INTERNA
La temperatura de las chispas es muy alta, unos 2000 ºC. Eso equivale a mucha energía por moléculas en la chispa. Pero como hay
pocas moléculas en la chispa, la energía interna es pequeña. La temperatura es una cosa, y la transferencia de energía es otra.
Hay más energía cinética molecular en el balde
lleno de agua tibia, que en la pequeña taza llena de
agua más caliente.
CALOR Y ENERGÍA INTERNA
Así como el agua de las dos ramas del tubo en U busca un nivel común (donde las presiones sean iguales en cualquier profundidad), el termómetro y su cercanía
alcanzan una temperatura común, a la cual la EC molecular promedio sea igual para ambos.
CALOR Y ENERGÍA INTERNA
Aunque a los dos recipientes se agrega la misma cantidad de
calor, la temperatura aumenta más en el recipiente con menos
cantidad de agua.
CALOR Y ENERGÍA INTERNA
MEDICIÓN DE CALOR
Una Kilocaloría (kcal) eleva la temperatura de 1 kg
de agua en 1 ºC.
Una caloría eleva en 1 ºC la
temperatura de 1 gramo de agua.
CAPACIDAD CALORÍFICA ESPECÍFICA
Al descender los pesos, las aspas agitan el agua y la energía mecánica, o trabajo, se convierte en energía calorífica que eleva la energía interna del agua. Por cada 4186 J de trabajo realizado, la
temperatura del agua aumenta 1 ºC por kilogramo. Por tanto, 4186 J equivale a 1 kcal. Aparato similar al utilizado por Joule
para determinar la equivalencia entre calor y trabajo.
CAPACIDAD CALORÍFICA ESPECÍFICA
Para quien cuida su peso,
el maní contiene 10
calorías; para el físico,
desprende 10.000 calorías
( o 41.480 joules) de
energía cuando se
quema o se consume.
CONDUCCIÓN
El piso de baldosa se siente más frío que el de madera,
aunque los dedos estén a la misma temperatura.
Se debe a que la baldosa es mejor conductor de calor
que la madera, para que el calor pasa con más facilidad
del pie y a la baldosa.
Los depósitos de nieve sobre el techo de una casa muestran las zonas de conducción y de aislamiento. Las partes sin nieve muestran dónde se
fugó el calor del interior, por el techo y fundió la nieve.
CONDUCCIÓN
CONVECCIÓN
Corrientes de convección en el aire.
Corrientes de convección en el líquido.
CONVECCIÓN
Hay un calentador en la punta del
tubo en forma de J sumergido en agua,
que produce corrientes de convección.
Estas se ven como sombras, causadas
por deflexiones de la luz en el agua
a distintas temperaturas.
Exhala aire sobre la palma de la mano con la boca bien abierta. Ahora reduce la abertura entre
tus labios y sopla, para que el aire se expanda al soplar. ¿Notas la
diferencia de las temperaturas del aire?
CONVECCIÓN
Las moléculas de una región de aire que se expande
chocan con más frecuencia con moléculas
que se alejan que con moléculas que se acercan.
En consecuencia, sus rapideces después del rebote
tienden a disminuir y el resultado es que el aire en expansión se enfría.
CONVECCIÓN
El vapor caliente se expande al salir de la olla de presión y se siente frío.
CONVECCIÓN
Durante el día el aire caliente sobre la tierra sube, y el aire más frío
sobre el agua entra para reemplazarlo.
“Corrientes de convección debidas a calentamiento distinto de tierra y agua”.
Por la noche se invierte la dirección del flujo del aire, porque el agua está
más caliente que la tierra.
CONVECCIÓN
RADIACIÓN
Clase de energía radiante
(ondas electromagnéticas)
La longitud de onda de la radiación se relaciona con su frecuencia.
Se producen ondas de gran
longitud cuando se mueve una cuerda
con suavidad (a baja frecuencia).
Cuando se mueve con más vigor
(alta frecuencia) se producen ondas
más cortas.
RADIACIÓN
EMISIÓN DE ENERGÍA RADIANTE
“Curvas de radiación para distintas temperaturas.”
La frecuencia para la máxima energía radiante
es directamente proporcional a la temperatura
absoluta del emisor.
EMISIÓN DE ENERGÍA RADIANTE
Una fuente con baja
temperatura (fría)
emite principalmente
ondas largas,
de baja frecuencia.
Una fuente a
temperatura intermedia
emite principalmente
ondas de longitud
intermedia y
frecuencia intermedia.
Una fuente de alta
temperatura (caliente)
emite principalmente
ondas cortas, de
alta frecuencia.
ABSORCIÓN DE LA ENERGÍA RADIANTE
Cuando se llena los recipientes con agua caliente (o fría) el negro se enfría (o se calienta) más rápido.
ABSORCIÓN DE LA ENERGÍA RADIANTE
La radiación que entra a
la cavidad tiene poca
probabilidad de salir, porque la mayor
parte de ella se absorbe. Por esta
razón, la abertura de cualquier
cavidad nos parece negra.
ENFRIAMIENTO NOCTURNO POR RADIACIÓN
El agujero en la caja se ve perfectamente negro y uno diría es
negro. Cuando en realidad se ha pintado de blanco.
Las zonas de cristales de escarchas indican las entradas ocultas a las madrigueras de los ratones. Cada cúmulo de cristales es ¡aliento congelado de ratón!
ENFRIAMIENTO NOCTURNO POR RADIACIÓN
LEY DE NEWTON DEL ENFRIAMIENTO
El vástago largo de una copa
de vino ayuda a evitar que el calor
de la mano caliente al vino.
EL EFECTO INVERNADERO
El Sol caliente emite ondas cortas,
y la Tierra fría emite ondas largas,
radiación terrestre. El vapor de agua,
el dióxido de carbono y
otros “gases de invernadero” en la
atmósfera retienen el calor que de
otro modo irradiaría la Tierra
al espacio.
Los gases de invernadero de la atmósfera, principalmente vapor de agua y dióxido de carbono, son absorbentes selectivos con propiedades de absorción similares al vidrio que se usa en los invernaderos. La luz visible se transmite y calienta la superficie terrestre, mientras que una parte de la radiación infrarroja que se retransmite se absorbe en la atmósfera y queda atrapada en ella.
EL EFECTO INVERNADERO
Los invernaderos operan de forma similar.
ENERGÍA SOLAR
Los calentadores solares para agua se cubren con vidrio para producir un efecto invernadero, que calienta todavía más al agua. ¿Por qué los colectores solares se pintan de negro?
CONTROL DE LA TRANSFERENCIA DE CALOR
TERMO
Una buena forma de repasar la transferencia de calor es examinar un dispositivo que inhibe los tres métodos, y que es la botella al vacío o termo.
FIN
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