CALOR Y TEMPERATURA

CALOR Y TEMPERATURAFSICA II

Los contenidos de esta Unidad Didctica tratan sobre los fenmenos trmicos y calorficos ms elementales, definiendo los conceptos fundamentales que permiten describir tanto correctamente a estos fenmenos como realizar predicciones cuantitativas acerca de su desarrollo.OBJETIVOS

Expresa la diferencia de los conceptos de Calor y temperatura Explica el funcionamiento de un termmetro. Relaciona el efecto que tiene elintercambio de calor en la temperatura o el estado de agregacin de los cuerpos en los fenmenos fsicos. Explica las nociones cientficas que sustentan las leyes de los gases para resolver problemas cotidianos Plantea supuestos sobre los fenmenos de su entorno con base en la consulta de diversas fuentes Expresa y comunica Piensa crtica y reflexivamente Aprende en forma autnoma Trabaja en forma colaborativa

Qu es el Calor y Cmo se Produce?

El Universo est hecho de materia y energa. La materia est compuesta de tomos y molculas (que son grupos de tomos) y la energa hace que los tomos y las molculas estn en constante movimiento - rotando alrededor de s mismas, vibrando o chocndose unas con otras. El movimiento de los tomos y molculas crea una forma de energa llamada calor o energa trmica, que est presente en todo tipo de materia. Incluso en los vacios ms fros de espacio hay materia que posee calor, muy pequeo pero medible.

La energa puede presentarse de muy diferentes formas y pude cambiar de una a otra. Muchos tipos de energa pueden convertirse en calor. La energa electromagntica (luz), la electrosttica (o elctrica), la mecnica, la qumica, la nuclear, el sonido y la trmica, pueden calentar una sustancia haciendo que se incremente la velocidad de sus molculas. Si ponemos energa en un sistema ste se calienta, si quitamos energa se enfra. Por ejemplo, si estamos fros podramos ponernos a saltar para entrar en calor. Estos son algunos algunos ejemplos de los diferentes tipos de energa que pueden convertirse en energa trmica (calor). (1) La energa mecnica se convierte en energa trmica siempre que botamos una pelota. Cada vez que la pelota rebota en el suelo parte de la energa de su movimiento (energa cintica) se convierte en calor, haciendo que la pelota cada vez rebote menos. (2) Imagen trmica infrarroja de una pelota de tenis antes (izquierda) y despus (derecha) de ser golpeada por la raqueta.Imagen cortesa de K.-P. Mllmann y M. Vollmer, Universidad de Ciencias Aplicadas, Brandenburg/Germany (2) La energa trmica puede ser transferida de unos objetos a otros haciendo que se calienten. Cuando calentamos agua en una cazuela, el calor de la estufa hace que las molculas de la cazuela empiecen a vibrar ms deprisa, haciendo que la cazuela se caliente. El calor de la cazuela hace a su vez que las molculas de agua se muevan ms deprisa calentndose. Por lo tanto cuando calentamos algo no estamos ms que incrementando la velocidad de sus molculas. (3) La energa elctrica se convierte en energa trmica cuando usamos estufas elctricas, tostadores o bombillas. (4) Nuestros cuerpos convierten la energa qumica de los alimentos que comemos en calor. (5) La luz del Sol se convierte en calor y hace que la superficie de la Tierra est caliente. Existen muchos otros ejemplos. Puedes pensar en algn otro? Cuanta ms energa se mete en un sistema, ms activas se ponen sus molculas. Cuanto ms rpidas se mueven las molculas, ms energa trmica o calor producen. La cantidad de calor en una sustancia est determinada por qu tan rpido se mueven sus molculas, que a su vez depende de cunta energa tiene el sistema. A pesar de que las molculas son demasiado pequeas para ser vistas, podemos detectar y medir su movimiento.

EXPERIMENTO: Para hacer este experimento necesitamos dos recipientes tranparentes de agua y colorante alimenticio. Llene un recipiente de agua caliente y otro de agua fra (con la misma cantidad de agua). Cuando el agua est quieta ponga una gota de colorante alimenticio en el centro del recipiente. A medida que las molculas de agua chocan con las molculas del colorante, el colorante se expandir. Como las molculas del agua caliente se mueven ms deprisa, chocarn con las molculas de colorante con ms fuerza y ms frecuentemente, haciendo que el colorante se esparza ms rpidamente en el agua caliente que en el agua fra.

Resumen: El calor es la energa que tiene un objeto debida al movimiento de sus tomos y molculas que estn constantemente vibrando, movindose y chocando unas con otras. Cuando aadimos energa a un objeto, sus tomos y molculas se mueven ms deprisa, incrementando su energa de movimiento o calor. Incluso los objetos ms fros poseen algo de calor porque sus tomos se estn moviendo. Qu es la Temperatura?

Los tomos y molculas en una sustancia no siempre se mueven a la misma velocidad. Esto significa que hay un rango de energa (energa de movimiento) en las molculas. En un gas, por ejemplo, las molculas se mueven en direcciones aleatorias y a diferentes velocidades - algunas se mueven rpido y otras ms lentamente. Dibujo de Doris Daou La temperatura es una medida del calor o energa trmica de las partculas en una sustancia. Como lo que medimos en su movimiento medio, la temperatura no depende del nmero de partculas en un objeto y por lo tanto no depende de su tamao. Por ejemplo, la temperatura de un cazo de agua hirviendo es la misma que la temperatura de una olla de agua hirviendo, a pesar de que la olla sea mucho ms grande y tenga millones y millones de molculas de agua ms que el cazo.

Nosotros experimentamos la temperatura todos los das. Cuando hace calor o cuando tenemos fiebre sentimos calor y cuando est nevando sentimos fro. Cuando estamos hirviendo agua, hacemos que la temperatura aumente y cuando estamos haciendo polos o paletas de helado esperamos que la temperatura baje. Para ms informacin sobre la temperatura ver: http://www.unidata.ucar.edu/staff/blynds/tmp.html Resumen: La temperatura es una medida de la energa media de las molculas en una sustancia y no depende del tamao o tipo del objeto.

En qu se diferencian Calor y Temperatura?

Todos sabemos que cuando calentamos un objeto su temperatura aumenta. A menudo pensamos que calor y temperatura son lo mismo. Sin embargo este no es el caso. El calor y la temperatura estn relacionadas entre s, pero son conceptos diferentes. El calor es la energa total del movimiento molecular en una sustancia, mientras temperatura es una medida de la energa molecular media. El calor depende de la velocidad de las partculas, su nmero, su tamao y su tipo. La temperatura no depende del tamao, del nmero o del tipo. Por ejemplo, la temperatura de un vaso pequeo de agua puede ser la misma que la temperatura de un cubo de agua, pero el cubo tiene ms calor porque tiene ms agua y por lo tanto ms energa trmica total. ACTIVIDAD: Piensa cul es la respuesta a las siguiente pregunta: Qu objeto contiene ms calor, un recipiente de agua hirviendo o un iceberg gigante?

El calor es lo que hace que la temperatura aumente o disminuya. Si aadimos calor, la temperatura aumenta. Si quitamos calor, la temperatura disminuye. Las temperaturas ms altas tienen lugar cuando las molculas se estn moviendo, vibrando y rotando con mayor energa. Si tomamos dos objetos que tienen la misma temperatura y los ponemos en contacto, no habr transferencia de energa entre ellos porque la energa media de las partculas en cada objeto es la misma. Pero si la temperatura de uno de los objetos es ms alta que la otra, habr una transferencia de energa del objeto ms caliente al objeto ms fro hasta que los dos objetos alcancen la misma temperatura. La temperatura no es energa sino una medida de ella, sin embargo el calor s es energa. Cmo Viaja el Calor?

El calor puede transferirse de un lugar a otro por tres mtodos diferentes: conduccin en slidos, conveccin en fluidos (lquidos o gases) y radiacin a travs de cualquier medio transparente a ella. El mtodo elegido en cada caso es el que resulta ms eficiente. Si hay una diferencia de temperatura el calor siempre viajar del lugar ms caliente al ms fro. Imagen trmica infrarroja de dos tazas de caf llenas de un lquido caliente. Note como el calor del lquido hace que las tazas brillen. El calor se transfiere del lquido caliente a las tazas por conduccin. CONDUCCIN: La conduccin tiene lugar cuando dos objetos a diferentes temperaturas entran en contacto. El calor fluye desde el objeto ms caliente hasta ms fro, hasta que los dos objetos alcanzan a la misma temperatura. La conduccin es el transporte de calor a travs de una sustancia y se produce gracias a las colisiones de las molculas. En el lugar donde los dos objetos se ponen en contacto, las molculas del objeto caliente, que se mueven ms deprisa, colisionan con las del objeto fro, que se mueven ms despacio. A medida que colisionan las molculas rpidas dan algo de su energa a las ms lentas. Estas a su vez colisionan con otras molculas en el objeto fro. Este proceso contina hasta que la energa del objeto caliente se extiende por el objeto fro. Algunas sustancias conducen el calor mejor que otras. Los slidos son mejores conductores que los lquidos y stos mejor que los gases. Los metales son muy buenos conductores de calor, mientras que el aire es muy mal conductor. Puede experimentar como el calor se transfiere por conduccin siempre que toca algo que est ms caliente o ms fro que su piel, por ejemplo cuando se lava las manos en agua caliente o fra.

CONVECCIN: En lquidos y gases la conveccin es usualmente la forma ms eficiente de transferir calor. La conveccin tiene lugar cuando reas de fluido caliente ascienden hacia las regiones de fluido fro. Cuando esto ocurre, el fluido fro desciende tomando el lugar del fluido caliente que ascendi. Este ciclo da lugar a una continua circulacin en que el calor se transfiere a las regiones fras. Puede ver como tiene lugar la conveccin cuando hierve agua en una olla. Las burbujas son las regiones calientes de agua que ascienden hacia las regiones ms fras de la superficie. Probablemente usted este familiarizado con la expresin: "el aire caliente sube y el fro baja" - que es una descripcin de el fenmeno de conveccin en la atmsfera. El calor en este caso se transfiere por la circulacin del aire. Imagen trmica infrarroja mostrando como hierve el aceite en una sartn. El aceite est tranfiriendo calor hacia fuera de la sartn por conveccin. Note las partes calientes (amarillas) de aceite caliente ascendente y las partes fras del aceite que desciente. Imagen cortesa de K.-P. Mllmann and M. Vollmer, Universidad de Ciencias Aplicadas Brandenburg/Germany.

Imagen trmica infrarroja del centro de nuestra galaxia. Este calor, procedente de numerosas estrellas y nubes interestelares, ha viajado unos 24,000 aos luz (aproximadamente 240,000,000,000,000,000 km!) a traves del espacio en forma de radiacin hasta llegar a nuestros telescopios infrarrojos. RADIACIN: Tanto la conduccin como la conveccin requieren la presencia de materia para transferir calor. La radiacin es un mtodo de transferencia de calor que no precisa de contacto entre la fuente y el receptor del calor. Por ejemplo, podemos sentir el calor del Sol aunque no podemos tocarlo. El calor se puede transferir a travs del espacio vaco en forma de radiacin trmica. Esta, conocida tambin como radiacin infrarroja, es un tipo de radiacin electromagntica (o luz). La radiacin es por tanto un tipo de transporte de calor que consiste en la propagacin de ondas electromagnticas que viajan a la velocidad de la luz. No se produce ningn intercambio de masa y no se necesita ningn medio. Los objetos emiten radiacin cuando electrones en niveles de energa altos caen a niveles de energa bajos. La energa que se pierde es emitida en forma de luz o radiacin electromagntica. La energa absorbida por los tomos hace que sus electrones "salten" a niveles de energa superiores. Todos los objetos absorben y emiten radiacin. Cuando la absorcin de energa est equilibrada con la emisin, la temperatura del objeto permanece constante. Si la absorcin de energa domina, la temperatura del objeto aumenta, si la emisin domina, la temperatura disminuye.

Cmo detectamos el calor?

Hay muchas formas de detectar el calor. El mtodo a elegir depende de la fuente de calor; por ejemplo, no es lo mismo detectar el calor del aire, que el del fuego o el de un objeto en el espacio. Todos sentimos diferentes niveles de calor. Nuestra piel es un buen detector de calor que nos permite interpretar el movimiento molecular medio en un objeto como una sensacin de fro o calor. Pero nuestra piel no siempre nos da medidas consistentes del calor. ACTIVIDAD: Toma 3 recipientes de agua - en una muy fra, en otra tibia y en la otra muy caliente (pero no te quemes!). Pon una mano en el agua caliente y otra en el agua muy fra por 5 segundos y despus pon ambas manos en el recipiente templado. Notars que el agua templada se sentir caliente en la mano que estaba antes en el agua fra y fra en la que estaba caliente. Nuestra piel nos da informacin sobre la diferencia de temperaturas entre la piel y el objeto que estamos tocando, pero no nos proporciona una medida de la temperatura en s.

Para esto necesitamos instrumentos especiales que pueden medir de forma precisa el calor, como un termmetro. Los termmetros y los otros instrumentos para medir la temperatura se usan para obtener una medida cuantitativa del movimiento medio de las molculas en la sustancia. Asignan a este movimiento molecular medio un nmero de grados a los que llamamos temperatura. Todos nosotros hemos usado termmetros para medir el calor, pero algunas veces necesitamos medirlo en sitios donde no podemos poner un termmetro, como por ejemplo en el espacio, en metales fundidos y en fuegos calientes. En estas situaciones necesitamos instrumentos que nos permitan medir el calor sin tocar la fuente de energa. Estos instrumentos miden la radiacin trmica que es emitida por la fuente de calor. Ejemplos de estos tipos son las cmaras y detectores infrarrojos. Conjunto de detectores infrarrojo para medir el calor procedente de objetos en el espacio. Termmetro exterior para medir la energa trmica media en el aire. Cmara trmica infrarroja para tomar imgenes del calor.

En el sistema mtrico el calor se mide en unidades llamadas julios, en el sistema britnico se mide en Unidades Trmicas Britnicas (BTU). El calor tambin se puede medir en caloras. La unidad Julio fue nombrada en honor del fsico Ingls James Prescott Joule (1818 - 1889), descubridor de que el calor es un tipo de energa. El experimento de Joule fue muy importante porque demostr que podemos calentar agua sin necesidad de usar fuego. En un recipiente con agua y con un termmetro para controlar su temperatura, Joule hizo girar vigorosamente un molinillo. Despus de un rato se di cuenta de que la temperatura del agua aumentaba. Tras de repetir el experimento muchas veces lleg a la conclusin de que 4.19 Julios de trabajo eran necesarios para subir la temperatura de un gramo de agua un grado Celsius. Un BTU es la cantidad de calor necesaria para subir la temperatura de una libra de agua un grado Fahrenheit. 1 BTU = 1,000 Julios Una calora es la cantidad de calor necesaria para subir la temperatura de un gramo de agua un grado Celsisus. 1 calora (cal) = 4.186 Julios Cmo Medimos la Temperatura? Se han inventado muchos instrumentos para medir la temperatura de forma precisa. Todo empez con el establecimiento de una escala de temperaturas. Esta escala permite asignar un nmero a cada medida de la temperatura. A principios del siglo XVIII, Gabriel Fahrenheit (1686-1736) cre la escala Fahrenheit. Fahrenheit asign al punto de congelacin del agua una temperatura de 32 grados y al punto de ebullicin una de 212 grados. Su escala est anclada en estos dos puntos. Unos aos ms tarde, en 1743, Anders Celsius (1701-1744) invent la escala Celsius. Usando los mismos puntos de anclaje Celsius asign al punto de congelacin del agua una temperatura de 0 grados y al de ebullicin una de 100 grados. La escala Celsius se conoce como el Sistema Universal. Es el que se usa en la mayora de los pases y en todas las aplicaciones cientficas.

Hay un lmite a la temperatura mnima que un objeto puede tener. La escala Kelvin est diseada de forma que este lmite es la temperatura 0. La relacin entre las diferentes escalas de temperatura es la siguiente:

oK = 273.15 + oC oC = (5/9)*(oF-32) oF = (9/5)*oC+32

oFoCoK

El agua hierve a212100373

Temperatura Ambiente7223296

El agua se congela a320273

Cero Absoluto-460-2730

A la temperatura del cero absoluto no hay movimiento y no hay calor. Es cuando todo el movimiento atmico y molecular se detiene y es la temperatura ms baja posible. El cero absoluto tiene lugar a 0 grados Kelvin, -273.15 grados Celsius o -460 grados Farenheit. Todos los objetos tienen una temperatura ms alta que el cero absoluto y por lo tanto emiten energa trmica o calor. Si queremos entender qu significa la temperatura a nivel molecular debemos recordar que la temperatura es la energa media de las molculas que componen una sustancia. Los tomos y las molculas no siempre se mueven a la misma velocidad. Esto significa que hay un rango de energas entre ellas. En un gas, por ejemplo, las molculas se mueven en direcciones aleatorias y a diferentes velocidades - algunas se mueven rpido y otras ms lentamente. A veces estas molculas colisionan entre s. Cuando esto tiene lugar las molculas que se mueven ms deprisa transfieren parte de su energa a las que se mueven ms despacio, haciendo que las ms rpidas se ralenticen y las ms lentas se aceleren. Si ponemos ms energa en el sistema, la velocidad media de las molculas se incrementa, lo que hace que se produzca energa trmica o calor. Por lo tanto, temperaturas altas corresponden a sustancias que tienen un movimiento medio molecular mayor. Nosotros, por supuesto, no podemos sentir ni medir el movimiento de cada molcula, solo el movimiento medio de todas ellas. En un objeto fro las molculas se mueven lentamente y en uno caliente se mueven deprisa. Cuando dos objetos se ponen en contacto sus movimientos moleculares medios se igualan y cuando esto ocurre se dice que han alcanzado equilibrio trmico.

Hay varios sitios en la red donde se discuten diferentes instrumentos para medir la temperatura y cmo funciona cada uno. Cmo Funcionan los Termmetros (Ingls) http//www.howstuffworks.com/therm.htm Termmetros (Ingls) http//www.met.fsu.edu/explores.thermometer.html Tipos de Termmetros y Cmo Funcionan (Ingls) http//www.springnet.com/ce/temp01.htm Sensores de Temperatura (Ingls) http//www.temperatures.com/sensors.html Enciclopedia cmo hacer http://www.makerwiki.com/index.php/Portada Conceptos en laboratorios http://newton.cnice.mec.es/conceptos.php?pulsado=calor

LEY DE LOS GASES. CONSULTAR: http://web.educastur.princast.es/proyectos/fisquiweb/Gases/index.htm

GASESIES Juan A. Suanzes.Avils. Asturias

Teora cintica de la materiaPara poder explicar y entender el comportamiento de la materia, existe un modelo terico que se basa en los siguientes postulados: La materia est formada por pequeas partculas. Entre las partculas que forman la materia no existe nada. Hay vaco. Existen unas fuerzas atractivas que tienden a juntar las partculas. Las partculas que forma un sistema material no estn quietas, se mueven. La energa cintica que poseen es proporcional a la temperatura. Esto es, si la temperatura es baja, su movimiento ser lento. Si la temperatura asciende, se mueven ms rpidamente.

Cul es la diferencia entre un slido, un lquido o un gas?En un slido las fuerzas entre las partculas que lo forman son muy grandes, por eso estn muy juntas formando estructuras ordenadas. An en los slidos las partculas no estn quietas, sino que tienen un movimiento de vibracin.En un gas las fuerzas de atraccin entre las partculas, aunque existen, son muy dbiles. Por tanto se mueven en todas direcciones, chocando continuamente unas con otras y contra las paredes del recipiente que las contiene. Existe una gran separacin entre las partculas, hay grandes espacios vacos.En un lquido ocurre una situacin intermedia. Las fuerzas entre partculas no son tan grandes como en los slidos, ni tan dbiles como en los gases. Las partculas estn ms separadas que en los slidos, pero menos que en los gases.

Por qu, generalmente, los slidos tienen densidades elevadas mientras que los gases tienen una densidad baja, y los lquidos presentan valores intermedios?Si nos fijamos en la explicacin anterior comprenderemos que en los slidos la materia (partculas) tiende a estar muy junta. La masa por unidad de volumen ser grande.En los gases, al ser muy grande la separacin entre las partculas, tendremos densidades pequeas (poca masa por unidad de volumen), y en los lquidos la situacin ser intermedia.

Por qu los gases ejercen presin sobre las paredes de los recipientes? Por qu la presin aumenta si metemos ms gas o elevamos su temperatura?Segn la teora cintica la presin de un gas es debida a los continuos choques de las partculas que lo forman contra las paredes del recipiente. As entendemos que si metemos ms gas en el recipiente, la presin aumenta (ms choques), y si sacamos gas, la presin disminuye (menos choques).Si elevamos la temperatura las partculas se movern ms rpidamente, lo que provocar un aumento de los choques.Si enfriamos, se movern ms lentamente. Menos choques.

Qu ocurre cuando calentamos una sustancia?Cuando calentamos, damos energa. Esta energa es transferida a las partculas que forman la materia, lo que motiva que se muevan con mayor velocidad.Si por el contrario enfriamos, quitamos energa a las partculas que se movern ahora ms lentamente.

Por qu las sustancias cambian de estado?El que una sustancia est en un estado u otro, depende del equilibrio entre las fuerzas que tienden a juntar las partculas y su tendencia a separarse, que ser tanto mayor, cuanto mayor sea su energa. Si bajamos la temperatura, las partculas se movern ms lentamente y las fuerzas atractivas sern capaces de mantenerlas ms juntas (el gas se transforma en lquido, y si seguimos enfriando, en slido).

Si tenemos un slido y lo calentamos, el movimiento de vibracin de las partculas ir aumentando hasta que la energa sea suficiente para superar las fuerzas que las mantienen en sus posiciones. El slido funde y se transforma en un lquido. Si seguimos calentando, pasar a gas.

Por tanto, segn la Teora Cintica los gases pueden ser descritos como: Pequeas molculas con un movimiento catico: se mueven a gran velocidad y en todas direcciones, chocando continuamente unas con otras y contra las paredes del recipiente. La presin es debida a los choques de las molculas del gas con las paredes del recipiente. La energa cintica es directamente proporcional a la temperatura absoluta ( Ec = k T) Las fuerzas intermoleculares son muy dbiles.

Ejemplo 1Cul ser el volumen ocupado por 0,50 moles de un gas medido a 20 0 C y 760 mm de presin?Solucin:

Ejemplo 2Se recogen 1,25 moles de CO2 en un recipiente de 20 L y a una temperatura de 25 0C. Cul ser la presin ejercida por el gas?

Solucin:

La ecuacin para los gases perfectos se puede escribir de otras formas equivalentes.

Partiendo de la ecuacin anterior:

Operando, obtenemos:

Donde:d = densidad del gas en g/L

Por ejemplo si tenemos a gramos de un gas cuya masa molecular es M g/mol, podemos calcular los moles de gas haciendo:

Por tanto, podemos escribir:

Donde:a = gramos de gasM= masa molecular del gas

Ejemplo 3Calcular la masa molecular de una sustancia gaseosa sabiendo que 3,8 g de la misma recogidos en un recipiente de 2,0 litros a una temperatura de 15 0 C, ejercen una presin de 770 mm

Solucin:

Ejemplo 4Determinar la densidad del metano (CH4) medida a 1,5 atm de presin y 80 0 C de temperatura.

Solucin:

Ejemplo 5. En una reaccin qumica se ha obtenido CO2 que una vez seco se almacena en un matraz de 1,5 L a una temperatura de 18 0C, siendo su presin 800 mm. Qu cantidad de gas (g) se ha obtenido en la reaccin?

Partiendo de la ecuacin de los gases perfectos podemos deducir una serie de leyes (conocidas con anterioridad a la ecuacin):LEYES DE LOS GASESEl estudio experimental de las leyes de los gases se puede realizar en el laboratorio con un montaje tal como el que se muestra:

En los procesos a volumen constante o a presin constante, se modifica la temperatura del aire contenido en el matraz erlenmeyer sumergindolo en agua (fra o caliente)

Procesos isotermos (T = cte). Ley de Boyle- Mariotte.Si consideramos una cantidad dada de gas y aumentamos la presin (manteniendo constante la temperatura) su volumen disminuye.Si por el contrario disminuimos la presin, su volumen aumenta. La relacin entre P y V se puede obtener a partir de la ecuacin de los gases perfectos:

T = cteP1 , V1P2 , V2

Robert BoyleInglaterra(1627 1691)Edme MariotteFrancia(1620 1684)

Ley de Boyle Mariotte (1662)En un proceso isotermo, el producto de la presin ejercida por un gas por el volumen ocupado es constante. P y V son inversamente proporcionales.

Procesos isobaros (P = cte). Ley de Charles Si consideramos una cantidad dada de gas y aumentamos su temperatura (manteniendo constante la presin), su volumen aumenta.Si por el contrario disminuimos la temperatura, su volumen disminuye. La relacin entre T y V se puede obtener a partir de la ecuacin de los gases perfectos:

Jacques CharlesFrancia(1746 1823)P = cteT1 , V1T2 , V2

Ley de Charles (1787)En un proceso isobaro (P=cte), volumen y temperatura son directamente proporcionales.

Procesos isocoros (V = cte). Ley de Gay-LussacSi consideramos una cantidad dada de gas y aumentamos su temperatura (manteniendo constante el volumen), su presin aumenta.Si por el contrario disminuimos la temperatura, su presin disminuye. La relacin entre T y P se puede obtener a partir de la ecuacin de los gases perfectos:

T1 , P1T2 , P2V = cte

Louis J. Gay-LussacFrancia(1778 1850)

Ley de Gay-Lussac (1805)En un proceso isocoro (V=cte), presin y temperatura son directamente proporcionales.

Hiptesis de Avogadro.La ecuacin de los gases perfectos sirve tambin para confirmar una hiptesis emitida por Avogadro que jug un decisivo papel en el desenvolvimiento de la qumica. Concretamente en el clculo correcto de los pesos atmicos de los elementos.Si consideramos volmenes iguales de dos gases diferentes, medidos a igual presin y temperatura, llegamos a la conclusin que deben contener igual nmero de moles (o molculas)

Amedeo AvogadroItalia(1776 1856)

Hiptesis de Avogadro (1811)Volmenes iguales de gases diferentes, medidos en las mismas condiciones de presin y temperatura, contienen el mismo nmero de molculas.

De ello se deduce que 1 mol de cualquier sustancia gaseosa, a una P y T dadas, debe ocupar idntico volumen. Si fijamos P = 1 atm y T = 273 K (condiciones normales), tendremos que 1 mol de cualquier sustancia gaseosa ocupar:

Ejemplo 6De la descomposicin trmica del clorato potsico se obtienen 0,130 moles de oxgeno que se recogen en un recipiente de 2 litros a 20 0a) Cul ser la presin en el recipiente?b) Cul ser la presin ejercida si la temperatura se eleva hasta 50 0 C?

Solucin:a)

b) Proceso a V =cte.

Ejemplo 7Cierta cantidad de gas se recoge en un matraz de 1,5 L a una temperatura de 20 0 C y se determina su presin encontrndose que es 850 mm. Si se trasvasa el gas a un matraz de 1,0 La) A qu temperatura se deber mantener el recipiente para que su presin sea como mximo de1,60 atm?b) Determinar la cantidad de gas (moles)c) Cul ser la presin si por descuido la temperatura se eleva hasta 15 0 C?Solucin:En este ejemplo se produce una variacin simultnea de P, V y T, mantenindose invariable la cantidad de gas.a)

b) Usamos las condiciones iniciales para calcular la cantidad de gas

c) Aunque podemos resolver la cuestin usando los moles calculados en el apartado anterior, vamos a resolverlo usando datos del enunciado:

Si usramos el resultado del apartado b), obtendramos:

EVALUACIONQu sabes sobre calory temperatura?1 / 10 1. Mientras un cuerpo est cambiando del estado slido al lquido, el calor que recibe Cambio de estadoA. ?Produce un aumento de temperatura proporcional a la cantidad de calor aportada B. ?Se pierde sin producir ningn efecto, porque se mantiene constante la temperatura C. ?Produce una rotura de uniones moleculares, mantenindose constante la temperatura D. ?Produce una rotura de uniones moleculares, aumentando de forma constante la temperatura2. Si queremos calentar 300 g de agua desde 10C hasta 60oC con un calefactor de 5000 W, cunto tiempo necesitaremos?calentamientoA. ?126 s B. ?30 s C. ?215 s D. ?160 s E. ?184 s3. Podramos definir el calor como:A. ?Una forma positiva de energa, mientras que el fro es una forma negativa B. ?Una forma de comunicarse energa entre diferentes cuerpos C. ?Un fluido que pasa de los cuerpos calientes a los cuerpos fros D. ?Una forma de medir la energa que almacena un cuerpo E. ?La temperatura que tiene un cuerpo4. Cuando un cuerpo absorbe la cantidad de 1 calora, podemos afirmar queA. ?Su energa interna ha aumentado 1C B. ?Su energa interna permanece igual, aumentando slo la temperatura C. ?Su energa interna ha aumentado 4,18 J D. ?Su energa interna ha perdido 1 calora, o sea 4,18 J5. En un recipiente vertimos 200 g. de agua a 20C y 100 g de cierto lquido a la temperatura de 50 C. La temperatura de equilibrio es de 30 C. Determina el calor especfico del lquido problema en cal/gC y en J/kgCA. ?0,5 cal/gC y 2090 J/kgC B. ?1 cal/gC y 4180 J/kgC C. ?0,25 cal/gC y 1045 J/kgC D. ?0,75 cal/gC y 3135 J/kgC E. ?4,18 cal/gC y 4180 J/kgC6. Si la columna de mercurio cuando se coloca el termmetro en hielo fundente alcanza una altura de 2 cm y cuando se coloca en agua hirviendo 8 cm, qu altura alcanzar cuando se coloque el termmetro a 35 C?termmetroA. ?6,1 cm B. ?4,1 cm C. ?5,8 cm D. ?2 cm E. ?8 cm7. Es correcto pensar que la temperatura es la cantidad de calor que almacena un cuerpo?A. ?No, la temperatura mide la energa media de agitacin de las partculas de un cuerpo B. ?S, la temperatura mide el calor total de las partculas de un cuerpo C. ?No, la temperatura mide la energa total de agitacin de las partculas de un cuerpo D. ?S, la temperatura mide el calor medio de las partculas de un cuerpo8. Se disponen de 150 g de agua con una temperatura de 12 C en un recipiente con paredes adiabticas, que no posibilitan el intercambio calorfico con el entorno; se mezclan con 80 g de agua a 84 C. Calcular la temperatura de equilibrio.A. ?37C B. ?84C C. ?12C D. ?40C E. ?53C9. Si se tiene un bloque de hielo de 50 g a -5 C, qu calor, medido en julios, debe absorber para pasar a agua lquida a 5 C?. Si este calor se obtuviese de agua lquida a 92 C, qu masa necesitaramos de esta agua?. ce(hielo) = 0,5 cal /g oC; Lfusin=80 cal/gA. ?Aproximadamente 18270 J y necesitamos unos 50 g de agua B. ?Aproximadamente 12750 J y necesitamos unos 5 kg de agua C. ?Aproximadamente 16720 J y necesitamos unos 40 g de agua D. ?Aproximadamente 625 J y necesitamos unos 10 g de agua E. ?Aproximadamente 1250 J y necesitamos unos 500 g de agua10. Calcular que cantidad de energa en julios que debe suministrarse a 300 g de agua a 25 C para conseguir su completa ebullicin. Los datos necesarios son: ce(agua)= 4186 J/kgoC; Lvapor= 2260.4 kJ/kgA. ?583935 J B. ?772305 J C. ?126545 J D. ?678120 J E. ?94185 JOK

2ING. ROSARIO DAZ NOLASCO