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La materia está formada por partículas (átomos, moléculas o iones) que se encuentran en continuo movimiento y que, por tanto, poseen energía cinética.
Al aumentar la temperatura de un cuerpo, mayor movimiento de partículas y mayor energía cinética.
La energía térmica de un cuerpo se relaciona con la energía cinética de sus partículas y con su temperatura.
Unidades de medida de energía térmica, julios (J) y de temperatura, grados Celsius, Kelvin (ºC, K)
Al poner en contacto dos cuerpos a diferentes temperaturas se produce una transferencia de energía térmica desde el cuerpo a mayor temperatura hacia el cuerpo a menor temperatura.
Al final ambos cuerpos adquieren la misma temperatura (equilibrio térmico). La energía térmica transferida se denomina calor.
Aunque dos cuerpos a una misma temperatura reciban la misma cantidad de calor durante el mismo tiempo, la temperatura que alcanza cada uno depende de:
- la masa del cuerpo
- la naturaleza del cuerpo o de la sustancia
Calor específico (c): calor necesario para elevar un grado (o un kelvin) la temperatura de 1 kg de masa de un cuerpo. Sus unidades son J/kg K ó J/kg ºC.
De la fórmula se deduce además que la cantidad de energía térmica transferida es proporcional a la variación de temperatura.
Se usa para calcular el calor específico de una sustancia.
- Doble pared en la que se ha hecho el vacío o se ha incluido un aislante.
- Contiene agua.
- Hay un agitador y un termómetro.
T1 > T2
Sustancia 1 a T1: Q1 = c1 · m1 · (T1 - Teq.)
Agua a T2: Q2 = c2 · m2 · (Teq - T2)
Q1 = Q2
Se puede deducir el calor específico de la sustancia 1.
La temperatura de una sustancia permanece constante durante el tiempo que emplea en cambiar de estado.
Durante el cambio de estado, el calor transferido a la sustancia se emplea en romper las fuerzas de cohesión que mantienen unidas a las partículas.
Calor latente de cambio de estado (L): cantidad de energía térmica que se transfiere a 1 kg de masa de una sustancia pura para cambiar de estado, a una presión determinada y a la temperatura de cambio de estado. Se mide en J/kg.
Hay dos tipos:
Calor latente de vaporización.
Lv
Q = m · Lv
Calor latente de fusión
Lf
Q = m · Lf
Coinciden con los calores latentes de solidificación y condensación respectivamente.
Cuando un cuerpo recibe energía térmica puede experimentar un incremento de su longitud, su superficie o su volumen, es decir, dilatación.
- La dilatación de una dimensión del cuerpo es proporcional al valor inicial de dicha dimensión.
-La dilatación es proporcional al aumento de temperatura que experimenta el cuerpo al ser calentado.
Dilatación lineal
Coeficiente de dilatación lineal: alargamiento que experimenta la unidad de longitud de un cuerpo a 0 ºC cuando su temperatura se eleva un grado centígrado.
Siempre que se realiza la misma cantidad de trabajo sobre un sistema se obtiene la misma cantidad de calor.
Sin embargo, no es posible transformar totalmente la energía térmica en energía mecánica. La energía térmica nunca puede recuperarse completamente (principio de degradación de la energía).
Una máquina térmica transforma en energía mecánica el calor procedente de la combustión de un combustible.
Hogar o caldera
W = Qc - Qf
Condensador o refrigerante
Rendimiento teórico de la máquina
R = W / Qc = (Qc - Qf) / Qc
R = (Tc - Tf) / Tc
La mezcla de aire y combustible se comprime en el interior del motor y antes de la combustión. Esto aumenta el rendimiento de la máquina.
Motor de explosión de cuatro tiempos
1º tiempo
- Válvula de admisión abierta.
- Entrada de gasolina y aire.
- Desciende el émbolo.
- El cigüeñal gira media vuelta.
2º tiempo
- El émbolo sube.
- Se comprime la mezcla de aire y gasolina, aumentando su temperatura.
- El cigüeñal realiza un giro de otra media vuelta.
3º tiempo
- La chispa de la bujía salta.
- Se inicia la combustión, generándose gases y calor.
- El émbolo es empujado hacia a bajo.
- El cigüeñal gira otra media vuelta.
4º tiempo
- La válvula de escape se abre.
- El émbolo sube y los gases generados son expulsados.
- El cigüeñal gira otra media vuelta.