Proyecto 1: EL CALOR

Objetivo: Que el alumno aplique el concepto de calor.

"INTRODUCCIÓN"

El calor es la transferencia de energía entre diferentes cuerpos o diferentes zonas de un mismo cuerpo que se encuentran a distintas temperaturas.El calor es energía en transito,siempre fluye de una temperatura a una zona menor de temperatura,con lo que eleva la temperatura de la segunda y reduce la de la primera, siempre que el volumen de los cuerpos se mantenga constante. 

"MARCO TEÓRICO"

Unidades de medida del calor

Un joule (J) es w=1Nx1m=(Kg)(m/s2xm)=(1Kg)(m2/s2)

Caloría (cal) Es la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de un gramo de agua de 14.5°C a 15.5°C, en mediciones normales.

Kilocaloria(Kcal) es la cantidad d calor necesaria para elevar la temperatura de un kilogramo de agua a un grado Celsius.  (Kcal)= 1000(cal).

Unidad Térmica Británica (BTU) es la cantidad de calor necesaria para elevar en un grado Fahrenheit  una libra de agua que equivale a 252(cal). 

Materia

Materia es todo aquello que ocupa un lugar en el espacio, tiene una energía medible y está sujeto a cambios en el tiempo y a interacciones con aparatos de medida. Se considera que es lo que forma la parte sensible de los objetos perceptibles o detectables por medios físicos. Es decir es todo aquello que ocupa un sitio en el espacio, se puede tocar, se puede sentir, se puede medir, etc.

ENERGÍA

El término energía tiene diversas acepciones y definiciones, relacionadas con la idea de una capacidad para obrar, transformar o poner en movimiento.

 En física, energía se define como la capacidad para realizar un trabajo.

La energía es una propiedad asociada a los objetos y sustancias y se manifiesta en las transformaciones que ocurren en la naturaleza.

La energía se manifiesta en los cambios físicos, por ejemplo, al elevar un objeto, transportarlo, deformarlo o calentarlo.

La energía está presente también en los cambios químicos, como al quemar un trozo de madera o en la descomposición de agua mediante la corriente eléctrica.

Ley de la Conservación de la Energía

La ley  de la conservación de la energía constituye el primer principio de la  termodinámica y afirma que la cantidad total de energía en cualquier sistema aislado (sin interacción con ningún otro sistema) permanece invariable con el tiempo, aunque dicha energía puede transformarse en otra forma de energía.

Esta ley es una de las leyes fundamentales de la física y  su teoría se trata de que la energía no se crea ni se destruye, únicamente se  transforma (ello implica que la masa en ciertas condiciones se puede considerar como una forma de energía .En general , no se tratará aquí el problema de conservación de masa en energía ya que se incluye la teoría de la relatividad ).

La ley de conservación de la energía afirma que:

1.-No existe ni puede existir  nada capaz de generar energía .

2.-No existe ni puede existir nada capaz de hacer desaparecer la energía.

3.-Si se observa que la cantidad de energía varía siempre será posible atribuir dicha variación a un intercambio de energía con algún otro cuerpo o con el medio circundante.

"DESARROLLO"

CALORÍAS QUE NECESITAMOS EN UN DÍA

Las calorías que necesitamos cada día para mantener nuestro cuerpo en forma y poder realizar las actividades de la vida diaria, dependen de muchos factores, entre ellos, el sexo, la edad, el clima del lugar dónde vivimos, la alimentación que llevamos y el gasto de energía producido por la actividad física.

Las calorías que gastamos con el ejercicio físico suele ser muy variable, pero puede representar entre un 15 y un 30 por ciento del gasto energético total. Sin embargo, en deportistas, que son individuos muy activos, el gasto puede superar los valores promedios y significar un 50% del total de energía consumida.

El requerimiento energético de una persona adulta sana es de aproximadamente 28 a 32 calorías por kilogramo de peso por día. Por ejemplo: persona de 70 kilos, 28 x 70= 1960; 32 x 70= 2240. Esta persona necesita entre 1960 y 2240 calorías por día para mantenerse en su peso corporal.

Si el peso del individuo es mayor y padece de obesidad, las calorías deben calcularse con un valor fijo menor o estimarse a partir del peso que debería tener esa persona para tener un estado de salud normal.

CALORÍAS QUE SE QUEMAN

Ahora bien, debido a que el gasto por actividad física es fundamental para el cálculo energético, veamos cuántas calorías se queman según el ejercicio o deporte que realicemos y la intensidad del mismo:

 Actividad ligera: caminar, pescar, golf, bolos. Se queman entre 1,5 y 4,9 calorías por minuto. 

 Actividad moderada: Baile, voleibol, ciclismo de placer. Se gastan entre 3,5 y 7,4 calorías por minuto.

 Actividad intensa: patinaje no sobre hielo, esquí acuático, tenis, trote. Con estas actividades podes quemar entre 5,5 y 9,9 calorías por minuto.

 Actividad muy intensa: Esgrima, futbol, basquet, natación. Se gastan entre 7,5 y 12,4 calorías por minuto.

 Actividad extremadamente intensa: Squash, correr. Se queman más de 10 calorías por minuto.Efecto de la dieta que tu sirva para conseguir antes y más fácilmente tu objetivo. El rendimiento deportivo óptimo depende, por una parte, del mantenimiento del peso.

Actividad Realizada            Gasto por minuto        Gasto por Hora

Pasar la aspiradora                         3.8                           114

Lavar platos                                     2.6                            78

Barrer                                               2.2                            66

Fregar el suelo                                 2.5                            75

Hacer la cama                                  3                               90

Lavar ropa                                       2.7                            81

Planchar                                           3.1                            93

Cocinar                                             2.4                            72

Limpiar ventanas                           4                              120

Ver TV                                             0.5                            15

Conducir                                     2                              60

Caminar a 3,5 km /hora                3                               90

Caminar a 5 km /hora             4                               120

Bajar escaleras                                6.8                           204

Subir escaleras                              17.5                           525

Bailar                                                4                              120

SANDRA: 1624 calorías            Calorías que ingiero al  día=1624(cal)

                                                     Calorías que quemo al día=573(cal)

MARIBEL: 1600 calorías         Calorías que ingiero al  día=1600(cal)
                                                     Calorías que quemo al día=622(cal)           


RUBÍ: 1641 calorías                   Calorías que ingiero al  día=1641(cal)

                                                     Calorías que quemo al día=678(cal)

Unidades e Instrumentos para medir el Calor

La unidad de medida del calor en el sistema internacional de medida  es la misma que la de la energía y el trabajo: El JOULE.

La caloría (cal), que es la cantidad de energía que hay que suministrar a un gramo de agua para elevar su temperatura 1 °C. 

La caloría también es conocida como caloría pequeña, en comparación con la kilocaloría (kcal), que se conoce como caloría grande y es utilizada en nutrición.

Joule, tras múltiples experimentaciones en las que el movimiento de unas palas, impulsadas por un juego de pesas, se movían en el interior de un recipiente con agua, estableció el equivalente mecánico del calor, determinando el incremento de temperatura que se producía en el fluido como consecuencia de los rozamientos producidos por la agitación de las palas:

1 kcal = 1000 cal
1 cal= 4,184

El BTU,  unidad térmica británica es una medida para el calor muy usada en Estados Unidos y en muchos otros países de América. Se define como la cantidad de calor que se debe agregar a una libra de agua para aumentar su temperatura en un grado fahrenheit  y equivale a 252 calorías.

INSTRUMENTO

EL CALORIMETRO

El calorímetro es un instrumento que sirve para medir las cantidades de calor  suministradas o recibidas por los cuerpos. Es decir, sirve para determinar el  calor especifico de un cuerpo, así como para medir las cantidades de calor que liberan o absorben los cuerpos.

El tipo de calorímetro de uso más extendido consiste en un envase cerrado y perfectamente aislado con agua, un dispositivo para agitar y un termómetro.Se coloca una fuente de calor en el calorímetro, se agita el agua hasta lograr el equilibrio, y el aumento de temperatura se comprueba con el termómetro

Relación entre calor y energía

El calor es una forma de energía llamada energia calorífica o energía térmica. El calor representa la cantidad de energía que un cuerpo transfiere a otro como consecuencia de una diferencia de temperatura entre ambos. El tipo de energía que se pone en juego en los fenómenos caloríficos se denomina energía térmica. El carácter energético del calor lleva consigo la posibilidad de transformarlo en trabajo mecánico. Sin embargo, la naturaleza impone ciertas limitaciones a este tipo de conversión, lo cual hace que sólo una fracción del calor disponible sea aprovechable en forma de trabajo útil. 

El calor es la energía transferida entre dos sistemas y que está exclusivamente relacionada con la diferencia de temperatura existente entre ellos. Osea que donde existe calor también hay energía y viceversa ya que el calor se da por la exitacion de las partículas existentes en un cuerpo o material entonces no son lo mismo pero están casados hablando de física.

Calor

El calor es una forma de energía, que ganan o pierden los cuerpos. La temperatura se manifiesta por cambios en la velocidad del movimiento de las moléculas de los cuerpos.
El calor es un termino que utilizamos muy a menudo en nuestro, lenguaje cotidiano. El calor, no es energia térmica en si, sino la energía térmica que pasa de un cuerpo a otro o de un sistema a otro. Un sistema es una porción de la naturaleza que se aísla para su estudio.




El calor pasa de un cuerpo a otro de mayor temperatura menor se puede quitar o agregar a una sustancia y se aplica cuando hace que cambie de estado o de temperatura de los cuerpos.
El calor se puede transferir a través de los cambios de estado que se producen en la materia (fusión de hielo, ebullición del agua y vaporización).
El calor es la transferencia de energía entre diferentes cuerpos o diferentes zonas de un mismo cuerpo que se encuentran en distintas temperatura. Este flujo siempre ocurre desde el cuerpo de mayor temperatura hacia el cuerpo de menor temperatura.

Escalas Termodinamicas

•  Escala de Celsius: Esta escala fue creada por Anders Celsius en el año 1742, construyo un termómetro basándose en la propiedad de dilatación del mercurio con la temperatura y fijo como puntos extremos el 0 para la fusión del hielo y el 100 para la ebullición del agua a nivel del mar. La ecuación de esta en relación es:

                                                                 °F es°C=5/9(°F-32)

Bibliografia de Anders Celsius

 Más tarde el francés Réaumur y el alemán Farenheit en 1714, lo graduaron basándose en la temperatura del hielo en su punto de fusión y en la del vapor de agua al hervir, pero la escala alemana iba de 32 a 212 grados, mientras que la francesa lo hacía de 0 a 80 grados.

n 1742, Celsius propuso sustituir la escala del científico alemán por otra cuyo manejo era más sencillo. Para ello creó la escala centesimal que iba de 0 a 100 grados e inventó el termómetro de mercurio. El punto correspondiente a la temperatura 0 coincidía con el punto de ebullición del agua mientras que la temperatura a 100ºC equivalía a la temperatura de congelación del agua a nivel del mar. La escala, por tanto, indicaba un descenso de temperatura cuando el calor aumentaba, al contrario de como es conocida actualmente. Su compatriota el científico Karl von Linné (conocido como Linneo) invertiría esta escala tres años más tarde.

Esta escala centígrada de temperaturas fue propuesta en una memoria que presentó a la Academia de Ciencias Sueca. El termómetro de Celsius fue conocido durante años como "termómetro sueco" por la comunidad científica, y tan sólo se popularizó el nombre de "termómetro Celsius" a partir del s. XIX.

• Escala de Fahrenheit: Esta escala fue propuesta por Gabriel Daniel Gabriel Fahrenheit, en el año 1724 el encontró un estado térmico más frío que la solidificación del agua consistió en una mezcla de sal (cloruro de amonio) con agua y ese punto coloco el 0 (cero). Al hervir esta mezcla también alcanza un valor superior a los 100 ° C. Al establecer la correspondencia entre ambas escalas, se obtiene la ecuación siguinte :                                   

                                                 °F= 9/5°C+32

Bibliografia de Fahrenheit

Autor de numerosos inventos, entre los que cabe citar los termómetros de agua (1709) y de mercurio (1714), la aportación teórica más relevante de Fahrenheit fue el diseño de la escala termométrica que lleva su nombre, aún hoy la más empleada en Estados Unidos y hasta hace muy poco también en el Reino Unido, hasta la adopción por este país del sistema métrico decimal.

Fahrenheit empleó como valor cero de su escala la temperatura de una mezcla de agua y sal a partes iguales, y los valores de congelación y ebullición del agua convencional quedaron fijados en 32 y 212 respectivamente. En consecuencia, al abarcar un intervalo más amplio, la escala Fahrenheit permite mayor precisión que la centígrada a la hora de delimitar una temperatura concreta.

Publicó estos resultados el 1714, en Acta Editorum. Por entonces los termómetros usaban como líquido de referencia el alcohol, y a partir de los conocimientos que había adquirido Roemer de la expansión térmica de los metales, Fahrenheit pudo sustituirlo ventajosamente por mercurio a partir de 1716.

• Escala Kelvin: Lord Kelvin estudiando la relación entre volumen y temperatura para un gas cualquiera propone que el cero absoluto o sea el valor más bajo en °C que se lo podía lograr seria la “desaparición” de un gas al enfriarse, sabemos que esto no es posible; el menor volumen al que podía llegar un gas al enfriarse y  sus moléculas se encuentran en estado de reposo. Tiene la siguiente ecuación:      T °K= °C + 273                                                                             

Ley Cero de la Termodinámica

La ley cero de la termodinámica nos dice que si tenemos dos cuerpos llamados A y B, con diferente temperatura uno de otro, y los ponemos en contacto, en un tiempo determinado t, estos alcanzarán la misma temperatura, es decir, tendrán ambos la misma temperatura. Si luego un tercer cuerpo, que llamaremos C se pone en contacto con A y B, también alcanzará la misma temperatura y, por lo tanto, A, B y C tendrán la misma temperatura mientras estén en contacto.
De este principio podemos inducir el de temperatura, la cual es una condición que cada cuerpo tiene y que el hombre ha aprendido a medir mediante sistemas arbitrarios y escalas de referencia (escalas termométricas).

Otra interpretación de la ley cero de la termodinámica que establece:
Si un cuerpo A está en equilibrio térmico con un cuerpo C y un cuerpo B también está en equilibrio térmico con el cuerpo C, entonces los cuerpos A y B están en equilibrio térmico. Esta curiosa nomenclatura se debe a que los científicos se dieron cuenta tardíamente de la necesidad de postular lo que hoy se conoce como la ley cero: si un sistema está en equilibrio con otros dos, estos últimos, a su vez, también están en equilibrio. Cuando los sistemas pueden intercambiar calor, la ley cero postula que la temperatura es una variable de estado, y que la condición para que dos sistemas estén en equilibrio térmico es que se hallen a igual temperatura.

 "Explicación"

Cuando dos cuerpos están en equilibrio térmico con un tercero se encuentran en equilibrio térmico entre sí.
A fin de explicar el concepto de equilibrio térmico considere dos bloques de cobre de la misma geometría y peso, aislados de los alrededores, pero en contacto entre sí. Uno de los bloques esta mas caliente que el otro por lo tanto su temperatura es mayor, su resistencia eléctrica y su volumen también lo son. Al entrar en contacto los dos bloques aislados de sus alrededores se produce un intercambio(interacción), energética, que puede observarse a través del decremento de temperatura, volumen y resistencia eléctrica en el bloque mas caliente; al mismo tiempo se lleva acabo un aumento de las mismas propiedades en el bloque frío. Cuando todos los cambios observables cesan, esta interacción la térmica o de calor a terminado y se dice que ambos bloques han alcanzado el equilibrio térmico.
Observe que la propiedad denominada temperatura es una medida del nivel energético de los cuerpos y determina cuando se encuentra en equilibrio térmico con otro cuerpo o con un sistema.

Equilibrio Termico

Todos sabemos que un cuerpo caliente tiende a aumentar la temperatura de los cuerpos que lo rodean, mientras que un cuerpo frío provoca una disminución de temperatura a su alrededor. En términos más rigurosos podemos afirmar que,cuando dos sustancias a diferentes temperaturas se encuentran próximas, se produce entre ellas un intercambio de energía que tiende a crear el equilibrio térmico, que se produce cuando ambas temperaturas se igualan.

Todos los cuerpos tienen una energía llamada energía interna. La cantidad de energía interna de un cuerpo es muy difícil de establecer ya que las partículas que forman un cuerpo tienen energías muy variadas. Tienen energías de tipo eléctrico, de rotación, de traslación y vibración debido a los movimientos que poseen, energías de enlace (que pueden dar posibles reacciones químicas) e incluso energía al desaparecer la materia y transformarse en energía DE=mc² .



Al poner en contacto dos cuerpos a distinta temperatura, el de mayor temperatura cede parte de su energía al de menos temperatura hasta que sus temperaturas se igualan. Se alcanza así lo que llamamos "equilibrio térmico".








En la física , la energía mecánica se describe la suma de la energía potencial y energía cinética presente en los componentes de unsistema mecánico . La energía mecánica es la energía asociada con el movimiento o la posición de un objeto.

Ec+Ep=Em