La energía interna de un cuerpo cambia cuando se realiza trabajo o se transfiere calor. En el fenómeno de transferencia de calor, la energía interna se transfiere por conducción, convección o radiación.
Cada cuerpo, cuando se calienta o se enfría (mediante transferencia de calor), gana o pierde cierta cantidad de energía. En base a esto, se acostumbra llamar a esta cantidad de energía cantidad de calor.
Entonces, la cantidad de calor es la energía que un cuerpo da o recibe durante el proceso de transferencia de calor.
¿Cuánto calor se necesita para calentar agua? En ejemplo sencillo Puedes entender que calentar diferentes cantidades de agua requerirá diferentes cantidades calor. Digamos que tomamos dos tubos de ensayo con 1 litro de agua y 2 litros de agua. ¿En qué caso se necesitará más calor? En el segundo, donde hay 2 litros de agua en un tubo de ensayo. El segundo tubo de ensayo tardará más en calentarse si los calentamos con la misma fuente de fuego.
Por tanto, la cantidad de calor depende de la masa corporal. Cuanto mayor es la masa, mayor es la cantidad de calor necesaria para calentar y, en consecuencia, más tiempo se tarda en enfriar el cuerpo.
¿De qué más depende la cantidad de calor? Naturalmente, por la diferencia de temperaturas corporales. Pero eso no es todo. Al fin y al cabo, si intentamos calentar agua o leche, necesitaremos distintos tiempos. Es decir, resulta que la cantidad de calor depende de la sustancia que compone el cuerpo.
Como resultado, resulta que la cantidad de calor que se necesita para calentar o la cantidad de calor que se libera cuando un cuerpo se enfría depende de su masa, del cambio de temperatura y del tipo de sustancia de la que está compuesto el cuerpo. compuesto.
¿Cómo se mide la cantidad de calor?
Detrás unidad de calor es generalmente aceptado 1 julio. Antes de la aparición de la unidad de medida de energía, los científicos consideraban la cantidad de calor como calorías. Esta unidad de medida suele abreviarse como “J”
Caloría- esta es la cantidad de calor que se necesita para calentar 1 gramo de agua en 1 grado Celsius. La forma abreviada de medición de calorías es "cal".
1 cal = 4,19 J.
Tenga en cuenta que en estas unidades de energía se acostumbra anotar valor nutricional productos alimenticios kJ y kcal.
1kcal = 1000cal.
1kJ = 1000J
1 kcal = 4190 J = 4,19 kJ
¿Qué es la capacidad calorífica específica?
Cada sustancia en la naturaleza tiene sus propias propiedades y calentar cada sustancia individual requiere una cantidad diferente de energía, es decir, cantidad de calor.
Capacidad calorífica específica de una sustancia.- esta es una cantidad igual a la cantidad de calor que es necesario transferir a un cuerpo con una masa de 1 kilogramo para calentarlo a una temperatura de 1 0ºC
La capacidad calorífica específica se designa con la letra c y tiene un valor de medición de J/kg*
Por ejemplo, la capacidad calorífica específica del agua es 4200 J/kg* 0 C. Es decir, esta es la cantidad de calor que se debe transferir a 1 kg de agua para calentarlo en 1 0ºC
Debe recordarse que la capacidad calorífica específica de sustancias en diferentes estados de agregación es diferente. Es decir, calentar el hielo a 1 0 C requerirá una cantidad diferente de calor.
Cómo calcular la cantidad de calor para calentar un cuerpo.
Por ejemplo, es necesario calcular la cantidad de calor que se necesita gastar para calentar 3 kg de agua a una temperatura de 15 0 C hasta temperatura 85 0 C. Conocemos la capacidad calorífica específica del agua, es decir, la cantidad de energía que se necesita para calentar 1 kg de agua en 1 grado. Es decir, para saber la cantidad de calor en nuestro caso, es necesario multiplicar la capacidad calorífica específica del agua por 3 y por la cantidad de grados en los que se desea aumentar la temperatura del agua. Entonces eso es 4200*3*(85-15) = 882,000.
Entre paréntesis calculamos el número exacto de grados, restando del final resultado requerido inicial
Entonces, para calentar 3 kg de agua de 15 a 85 0 C, necesitamos 882.000 J de calor.
La cantidad de calor se denota con la letra Q, la fórmula para calcularla es la siguiente:
Q=c*m*(t 2 -t 1).
Análisis y solución de problemas.
Problema 1. ¿Cuánto calor se requiere para calentar 0,5 kg de agua de 20 a 50? 0ºC
Dado:
metro = 0,5 kg.,
s = 4200 J/kg* 0°C,
t 1 = 20 0 C,
t 2 = 50 0 C.
Determinamos la capacidad calorífica específica de la tabla.
Solución:
2-t1).
Sustituye los valores:
Q=4200*0,5*(50-20) = 63.000 J = 63 kJ.
Respuesta: Q=63kJ.
Tarea 2.¿Qué cantidad de calor se requiere para calentar una barra de aluminio que pesa 0,5 kg a 85 0ºC?
Dado:
metro = 0,5 kg.,
s = 920 J/kg* 0°C,
t 1 = 0 0 C,
t 2 = 85 0 C.
Solución:
la cantidad de calor está determinada por la fórmula Q=c*m*(t 2-t1).
Sustituye los valores:
Q=920*0,5*(85-0) = 39.100 J = 39,1 kJ.
Respuesta: Q= 39,1 kJ.
1. El cambio de energía interna al realizar trabajo se caracteriza por la cantidad de trabajo, es decir El trabajo es una medida del cambio de energía interna en un proceso dado. El cambio de energía interna de un cuerpo durante la transferencia de calor se caracteriza por una cantidad llamada cantidad de calor.
La cantidad de calor es el cambio en la energía interna de un cuerpo durante el proceso de transferencia de calor sin realizar trabajo.
La cantidad de calor se indica con la letra \(Q\) . Dado que la cantidad de calor es una medida del cambio de energía interna, su unidad es el julio (1 J).
Cuando un cuerpo transfiere una cierta cantidad de calor sin realizar trabajo, su energía interna aumenta; si el cuerpo desprende una cierta cantidad de calor, entonces su energía interna disminuye.
2. Si viertes 100 g de agua en dos recipientes idénticos, uno y 400 g en el otro a la misma temperatura y los colocas en quemadores idénticos, el agua del primer recipiente hervirá antes. Así, cuanto mayor es la masa de un cuerpo, mayor es la cantidad de calor que necesita para calentarse. Lo mismo ocurre con el enfriamiento: cuando un cuerpo de mayor masa se enfría, desprende una mayor cantidad de calor. Estos cuerpos están hechos de la misma sustancia y se calientan o enfrían en el mismo número de grados.
3. Si ahora calentamos 100 g de agua de 30 a 60 °C, es decir a 30 °C y luego hasta 100 °C, es decir a 70 °C, en el primer caso tardará menos en calentarse que en el segundo y, en consecuencia, calentar agua a 30 °C requerirá menos calor que calentar agua a 70 °C. Por lo tanto, la cantidad de calor es directamente proporcional a la diferencia entre las temperaturas finales \((t_2\,^\circ C) \) e inicial \((t_1\,^\circ C) \): \( Q\sim(t_2- t_1) \) .
4. Si ahora viertes 100 g de agua en un recipiente, y viertes un poco de agua en otro recipiente idéntico y colocas en él un cuerpo de metal tal que su masa y la masa de agua sean 100 g, y calientas los recipientes sobre baldosas idénticas, entonces Notarás que en un recipiente que contiene sólo agua tendrá una temperatura más baja que uno que contiene agua y un cuerpo metálico. Por tanto, para que la temperatura del contenido de ambos recipientes sea la misma, es necesario transferir más calor al agua que al agua y al cuerpo metálico. Por tanto, la cantidad de calor necesaria para calentar un cuerpo depende del tipo de sustancia de la que está formado.
5. Se caracteriza la dependencia de la cantidad de calor necesaria para calentar un cuerpo del tipo de sustancia. cantidad física, llamado capacidad calorífica específica sustancias.
Una cantidad física igual a la cantidad de calor que se debe impartir a 1 kg de una sustancia para calentarla 1 ° C (o 1 K) se denomina capacidad calorífica específica de la sustancia.
1 kg de sustancia libera la misma cantidad de calor cuando se enfría 1 °C.
La capacidad calorífica específica se indica con la letra \(c\) . La unidad de capacidad calorífica específica es 1 J/kg °C o 1 J/kg K.
La capacidad calorífica específica de las sustancias se determina experimentalmente. Los líquidos tienen una capacidad calorífica específica mayor que los metales; El agua tiene el calor específico más alto, el oro tiene un calor específico muy pequeño.
El calor específico del plomo es 140 J/kg °C. Esto significa que para calentar 1 kg de plomo en 1 °C es necesario gastar una cantidad de calor de 140 J. La misma cantidad de calor se liberará cuando 1 kg de agua se enfríe en 1 °C.
Dado que la cantidad de calor es igual al cambio en la energía interna del cuerpo, podemos decir que la capacidad calorífica específica muestra cuánto cambia la energía interna de 1 kg de una sustancia cuando su temperatura cambia 1 °C. En particular, la energía interna de 1 kg de plomo aumenta en 140 J cuando se calienta 1 °C y disminuye en 140 J cuando se enfría.
La cantidad de calor \(Q \) necesaria para calentar un cuerpo de masa \(m \) desde la temperatura \((t_1\,^\circ C) \) hasta la temperatura \((t_2\,^\ circ C) \) es igual al producto de la capacidad calorífica específica de la sustancia, la masa corporal y la diferencia entre las temperaturas final e inicial, es decir,
\[ Q=cm(t_2()^\circ-t_1()^\circ) \]
La misma fórmula se utiliza para calcular la cantidad de calor que desprende un cuerpo al enfriarse. Sólo en este caso se debe restar la temperatura final a la temperatura inicial, es decir de mayor valor restar la temperatura menor.
6. Ejemplo de solución de problema. Se vierten 100 g de agua a una temperatura de 20 °C en un vaso que contiene 200 g de agua a una temperatura de 80 °C. Después de lo cual la temperatura en el recipiente alcanzó los 60 °C. ¿Cuánto calor recibió el agua fría y cuánto calor emitió el agua caliente?
Al resolver un problema, debes realizar la siguiente secuencia de acciones:
- anotar brevemente las condiciones del problema;
- convertir los valores de cantidades al SI;
- analizar el problema, establecer qué cuerpos intervienen en el intercambio de calor, qué cuerpos emiten energía y cuáles reciben;
- resolver el problema en vista general;
- realizar cálculos;
- analizar la respuesta recibida.
1. La tarea.
Dado:
\(m_1 \) = 200 g
\(m_2\) = 100 gramos
\(t_1 \) = 80 °C
\(t_2 \) = 20 °C
\(t\) = 60 °C
______________
\(Q_1 \) — ? \(Q_2 \) — ?
\(c_1 \) = 4200 J/kg°C
2. SI:\(m_1\) = 0,2 kg; \(m_2\) = 0,1 kg.
3. Análisis de tareas. El problema describe el proceso de intercambio de calor entre agua caliente y agua fría. Agua caliente Emite una cantidad de calor \(Q_1 \) y se enfría desde la temperatura \(t_1 \) hasta la temperatura \(t \) . Agua fría recibe la cantidad de calor \(Q_2 \) y se calienta desde la temperatura \(t_2 \) hasta la temperatura \(t \) .
4. Solución del problema en forma general.. La cantidad de calor dada agua caliente, se calcula mediante la fórmula: \(Q_1=c_1m_1(t_1-t) \) .
La cantidad de calor que recibe el agua fría se calcula mediante la fórmula: \(Q_2=c_2m_2(t-t_2) \) .
5.
Cálculos.
\(Q_1 \) = 4200 J/kg · °С · 0,2 kg · 20 °С = 16800 J
\(Q_2\) = 4200 J/kg °C 0,1 kg 40 °C = 16800 J
6. La respuesta es que la cantidad de calor que desprende el agua caliente es igual a la cantidad de calor que recibe el agua fría. En este caso se consideró una situación idealizada y no se tuvo en cuenta que se utilizara una determinada cantidad de calor para calentar el vaso en el que se encontraba el agua y el aire circundante. En realidad, la cantidad de calor que desprende el agua caliente es mayor que la cantidad de calor que recibe el agua fría.
Parte 1
1. La capacidad calorífica específica de la plata es 250 J/(kg °C). ¿Qué quiere decir esto?
1) cuando 1 kg de plata se enfría a 250 °C, se libera una cantidad de calor de 1 J
2) cuando 250 kg de plata se enfrían 1 °C, se libera una cantidad de calor de 1 J
3) cuando 250 kg de plata se enfrían 1 °C, se absorbe una cantidad de calor de 1 J
4) cuando 1 kg de plata se enfría 1 °C, se libera una cantidad de calor de 250 J
2. La capacidad calorífica específica del zinc es de 400 J/(kg °C). Esto significa que
1) cuando 1 kg de zinc se calienta a 400 °C, su energía interna aumenta en 1 J
2) cuando 400 kg de zinc se calientan 1 °C, su energía interna aumenta en 1 J
3) para calentar 400 kg de zinc a 1 °C es necesario gastar 1 J de energía
4) cuando 1 kg de zinc se calienta 1 °C, su energía interna aumenta en 400 J
3. Al transferir cuerpo solido masa \(m \) cantidad de calor \(Q \) temperatura corporal aumentada en \(\Delta t^\circ \) . ¿Cuál de las siguientes expresiones determina la capacidad calorífica específica de una sustancia de este cuerpo?
1) \(\frac(m\Delta t^\circ)(Q) \)
2) \(\frac(Q)(m\Delta t^\circ) \)
3) \(\frac(Q)(\Delta t^\circ) \)
4) \(Qm\Delta t^\circ \)
4. La figura muestra una gráfica de la dependencia de la temperatura de la cantidad de calor necesaria para calentar dos cuerpos (1 y 2) de la misma masa. Compare los valores de capacidad calorífica específica (\(c_1 \) y \(c_2 \) ) de las sustancias de las que están hechos estos cuerpos.
1) \(c_1=c_2 \)
2) \(c_1>c_2 \)
3)\(c_1
5. El diagrama muestra la cantidad de calor transferida a dos cuerpos de igual masa cuando su temperatura cambia la misma cantidad de grados. ¿Qué relación es correcta para las capacidades caloríficas específicas de las sustancias de las que están hechos los cuerpos?
1) \(c_1=c_2\)
2) \(c_1=3c_2\)
3) \(c_2=3c_1\)
4) \(c_2=2c_1\)
6. La figura muestra una gráfica de la temperatura de un cuerpo sólido en función de la cantidad de calor que desprende. Peso corporal 4 kg. ¿Cuál es la capacidad calorífica específica de la sustancia de este cuerpo?
1) 500 J/(kg°C)
2) 250 J/(kg°C)
3) 125 J/(kg°C)
4) 100 J/(kg°C)
7. Al calentar una sustancia cristalina que pesaba 100 g, se midieron la temperatura de la sustancia y la cantidad de calor impartida a la sustancia. Los datos de medición se presentaron en forma de tabla. Suponiendo que se pueden despreciar las pérdidas de energía, determine la capacidad calorífica específica de la sustancia en estado sólido.
1) 192 J/(kg°C)
2) 240 J/(kg°C)
3) 576 J/(kg°C)
4) 480 J/(kg°C)
8. Para calentar 192 g de molibdeno a 1 K, es necesario transferirle una cantidad de calor de 48 J. ¿Cuál es el calor específico de esta sustancia?
1) 250 J/(kg·K)
2) 24 J/(kg·K)
3) 4·10 -3 J/(kg·K)
4) 0,92 J/(kg·K)
9. ¿Qué cantidad de calor se necesita para calentar 100 g de plomo de 27 a 47 °C?
1) 390J
2) 26kJ
3) 260J
4) 390kJ
10. Calentar un ladrillo de 20 a 85 °C requiere la misma cantidad de calor que calentar agua de la misma masa a 13 °C. La capacidad calorífica específica del ladrillo es
1) 840 J/(kg·K)
2) 21000 J/(kg-K)
3) 2100 J/(kg·K)
4) 1680 J/(kg-K)
11. De la lista de afirmaciones a continuación, seleccione dos correctas y escriba sus números en la tabla.
1) La cantidad de calor que recibe un cuerpo cuando su temperatura aumenta una determinada cantidad de grados es igual a la cantidad de calor que desprende este cuerpo cuando su temperatura disminuye la misma cantidad de grados.
2) Cuando una sustancia se enfría, su energía interna aumenta.
3) La cantidad de calor que recibe una sustancia al calentarse se utiliza principalmente para aumentar la energía cinética de sus moléculas.
4) La cantidad de calor que recibe una sustancia cuando se calienta se utiliza principalmente para aumentar la energía potencial de interacción de sus moléculas.
5) La energía interna de un cuerpo sólo puede cambiarse impartiéndole una cierta cantidad de calor.
12. La tabla presenta los resultados de las mediciones de masa \(m\) , cambios de temperatura \(\Delta t\) y la cantidad de calor \(Q\) liberado durante el enfriamiento de cilindros de cobre o aluminio. .
¿Qué afirmaciones corresponden a los resultados del experimento? Seleccione dos correctos de la lista proporcionada. Indique sus números. Según las mediciones tomadas, se puede argumentar que la cantidad de calor liberado durante el enfriamiento
1) depende de la sustancia con la que está fabricado el cilindro.
2) no depende de la sustancia de la que esté hecho el cilindro.
3) aumenta al aumentar la masa del cilindro.
4) aumenta al aumentar la diferencia de temperatura.
5) la capacidad calorífica específica del aluminio es 4 veces mayor que la capacidad calorífica específica del estaño.
Parte 2
C1. Un cuerpo sólido que pesa 2 kg se coloca en un horno de 2 kW y comienza a calentarse. La figura muestra la dependencia de la temperatura \(t\) de este cuerpo del tiempo de calentamiento \(\tau \) . ¿Cuál es la capacidad calorífica específica de la sustancia?
1) 400 J/(kg°C)
2) 200 J/(kg°C)
3) 40 J/(kg°C)
4) 20 J/(kg°C)
Respuestas
En esta lección aprenderemos a calcular la cantidad de calor necesaria para calentar un cuerpo o que libera al enfriarse. Para ello, resumiremos los conocimientos adquiridos en lecciones anteriores.
Además, aprenderemos, utilizando la fórmula de la cantidad de calor, a expresar las cantidades restantes de esta fórmula y calcularlas, conociendo otras cantidades. También se considerará un ejemplo de un problema con una solución para calcular la cantidad de calor.
Esta lección está dedicada a calcular la cantidad de calor cuando un cuerpo se calienta o se libera cuando se enfría.
La capacidad de calcular la cantidad de calor requerida es muy importante. Esto puede ser necesario, por ejemplo, al calcular la cantidad de calor que se debe impartir al agua para calentar una habitación.
Arroz. 1. La cantidad de calor que se debe impartir al agua para calentar la habitación.
O para calcular la cantidad de calor que se libera cuando se quema combustible en varios motores:
Arroz. 2. La cantidad de calor que se libera cuando se quema combustible en el motor.
Este conocimiento también es necesario, por ejemplo, para determinar la cantidad de calor que libera el Sol y cae sobre la Tierra:
Arroz. 3. La cantidad de calor liberado por el Sol y cayendo sobre la Tierra.
Para calcular la cantidad de calor, necesita saber tres cosas (Fig.4):
- peso corporal (que normalmente se puede medir con una báscula);
- la diferencia de temperatura por la cual se debe calentar o enfriar un cuerpo (generalmente medida con un termómetro);
- capacidad calorífica específica del cuerpo (que se puede determinar a partir de la tabla).
Arroz. 4. Lo que necesitas saber para determinar
La fórmula mediante la cual se calcula la cantidad de calor es la siguiente:
En esta fórmula aparecen las siguientes cantidades:
La cantidad de calor medida en julios (J);
La capacidad calorífica específica de una sustancia se mide en ;
- diferencia de temperatura, medida en grados Celsius ().
Consideremos el problema de calcular la cantidad de calor.
Tarea
Un vaso de cobre con una masa de gramos contiene agua con un volumen de un litro a una temperatura determinada. ¿Cuánto calor se debe transferir a un vaso de agua para que su temperatura sea igual a ?
Arroz. 5. Ilustración de las condiciones del problema.
Primero escribimos una condición breve ( Dado) y convertir todas las cantidades al sistema internacional (SI).
|
Dado: |
SI |
|
|
Encontrar: |
Solución:
Primero, determina qué otras cantidades necesitamos para resolver este problema. Utilizando la tabla de capacidad calorífica específica (Tabla 1) encontramos (capacidad calorífica específica del cobre, ya que por condición el vidrio es cobre), (capacidad calorífica específica del agua, ya que por condición hay agua en el vaso). Además, sabemos que para calcular la cantidad de calor necesitamos una masa de agua. Según la condición, solo se nos da el volumen. Por tanto, de la tabla tomamos la densidad del agua: (Tabla 2).
Mesa 1. Capacidad calorífica específica de algunas sustancias,
Mesa 2. Densidades de algunos líquidos
Ahora tenemos todo lo que necesitamos para resolver este problema.
Tenga en cuenta que la cantidad final de calor consistirá en la suma de la cantidad de calor necesaria para calentar el vaso de cobre y la cantidad de calor necesaria para calentar el agua que contiene:
Primero calculemos la cantidad de calor necesaria para calentar un vaso de cobre:
Antes de calcular la cantidad de calor necesaria para calentar agua, calculemos la masa de agua usando una fórmula que nos resulta familiar desde el grado 7:
Ahora podemos calcular:
Entonces podemos calcular:
Recordemos qué significan los kilojulios. El prefijo "kilo" significa 
.
Respuesta:.
Para facilitar la resolución de problemas para encontrar la cantidad de calor (los llamados problemas directos) y las cantidades asociadas con este concepto, puede utilizar la siguiente tabla.
|
Cantidad requerida |
Designación |
Unidades |
Fórmula básica |
Fórmula para la cantidad |
|
cantidad de calor |
DE INTERCAMBIO DE CALOR.
1. Intercambio de calor.
Intercambio de calor o transferencia de calor. Es el proceso de transferir la energía interna de un cuerpo a otro sin realizar trabajo.
Hay tres tipos de transferencia de calor.
1) Conductividad térmica- Se trata del intercambio de calor entre cuerpos durante su contacto directo.
2) Convección- Es un intercambio de calor en el que el calor se transfiere mediante flujos de gas o líquido.
3) Radiación– Se trata de un intercambio de calor mediante radiación electromagnética.
2. Cantidad de calor.
La cantidad de calor es una medida del cambio en la energía interna de un cuerpo durante el intercambio de calor. Denotado por la letra q.
Unidad para medir la cantidad de calor = 1 J.
La cantidad de calor que recibe un cuerpo de otro cuerpo como resultado del intercambio de calor se puede gastar en aumentar la temperatura (aumentando la energía cinética de las moléculas) o cambiando el estado de agregación (aumentando la energía potencial).
3.Capacidad calorífica específica de la sustancia.
La experiencia muestra que la cantidad de calor necesaria para calentar un cuerpo de masa m desde la temperatura T 1 hasta la temperatura T 2 es proporcional a la masa del cuerpo m y la diferencia de temperatura (T 2 - T 1), es decir
q = cm(t 2 - T. 1 ) = smetroΔ T,
Con se llama capacidad calorífica específica de la sustancia del cuerpo calentado.
La capacidad calorífica específica de una sustancia es igual a la cantidad de calor que se debe impartir a 1 kg de sustancia para calentarla en 1 K.
Unidad de medida de la capacidad calorífica específica =.
Los valores de capacidad calorífica de diversas sustancias se pueden encontrar en tablas físicas.
Se liberará exactamente la misma cantidad de calor Q cuando el cuerpo se enfríe mediante ΔT.
4.Calor específico de vaporización.
La experiencia demuestra que la cantidad de calor necesaria para convertir un líquido en vapor es proporcional a la masa del líquido, es decir
q = Lm,
¿Dónde está el coeficiente de proporcionalidad? l se llama calor específico de vaporización.
El calor específico de vaporización es igual a la cantidad de calor necesaria para convertir 1 kg de líquido en el punto de ebullición en vapor.
Unidad de medida para el calor específico de vaporización.
Durante el proceso inverso, la condensación de vapor, se libera calor en la misma cantidad que se gastó en la formación de vapor.
5.Calor específico de fusión.
La experiencia demuestra que la cantidad de calor necesaria para transformar un sólido en líquido es proporcional a la masa del cuerpo, es decir
q = λ metro,
donde el coeficiente de proporcionalidad λ se denomina calor específico de fusión.
El calor específico de fusión es igual a la cantidad de calor necesaria para transformar un cuerpo sólido que pesa 1 kg en líquido en el punto de fusión.
Unidad de medida para el calor específico de fusión.
Durante el proceso inverso, la cristalización del líquido, se libera calor en la misma cantidad que se gastó en la fusión.
6. Calor específico de combustión.
La experiencia demuestra que la cantidad de calor liberado durante la combustión completa de un combustible es proporcional a la masa del combustible, es decir
q = qmetro,
Donde el coeficiente de proporcionalidad q se denomina calor específico de combustión.
El calor específico de combustión es igual a la cantidad de calor liberado durante la combustión completa de 1 kg de combustible.
Unidad de medida del calor específico de combustión.
7. Ecuación del equilibrio térmico.
El intercambio de calor involucra dos o más cuerpos. Algunos cuerpos desprenden calor, mientras que otros lo reciben. El intercambio de calor se produce hasta que las temperaturas de los cuerpos se igualan. Según la ley de conservación de la energía, la cantidad de calor que se desprende es igual a la cantidad que se recibe. Sobre esta base se escribe la ecuación del balance de calor.
Veamos un ejemplo.
Un cuerpo de masa m 1, cuya capacidad calorífica es c 1, tiene una temperatura T 1, y un cuerpo de masa m 2, cuya capacidad calorífica es c 2, tiene una temperatura T 2. Además, T 1 es mayor que T 2. Estos cuerpos se ponen en contacto. La experiencia muestra que un cuerpo frío (m 2) comienza a calentarse y uno caliente (m 1) comienza a enfriarse. Esto sugiere que parte de la energía interna del cuerpo caliente se transfiere al frío y las temperaturas se igualan. Denotemos la temperatura general final por θ. 
La cantidad de calor transferida de un cuerpo caliente a uno frío.
q transferido. = C 1 metro 1 (t 1 – θ )
La cantidad de calor que recibe un cuerpo frío de uno caliente.
q recibió. = C 2 metro 2 (θ – t 2 )
Según la ley de conservación de la energía. q transferido. = q recibió., es decir.
C 1 metro 1 (t 1 – θ )= C 2 metro 2 (θ – t 2 )
Abramos los corchetes y expresemos el valor de la temperatura total en estado estacionario θ.
En este caso obtenemos el valor de temperatura θ en kelvins.
Sin embargo, dado que Q se pasa en las expresiones. y se recibe Q. es la diferencia entre dos temperaturas, y es la misma tanto en Kelvin como en grados Celsius, entonces el cálculo se puede realizar en grados Celsius. Entonces
En este caso obtenemos el valor de temperatura θ en grados Celsius.
La igualación de temperaturas como resultado de la conductividad térmica se puede explicar basándose en la teoría cinética molecular como el intercambio de energía cinética entre moléculas al chocar en el proceso de movimiento térmico caótico.
Este ejemplo se puede ilustrar con un gráfico. 
Junto con la energía mecánica, cualquier cuerpo (o sistema) tiene energía interna. La energía interna es la energía del reposo. Consiste en el movimiento térmico caótico de las moléculas que forman el cuerpo, la energía potencial de su disposición mutua, la energía cinética y potencial de los electrones en los átomos, los nucleones en los núcleos, etc.
En termodinámica, lo importante no es conocer el valor absoluto de la energía interna, sino su cambio.
En los procesos termodinámicos, solo cambia la energía cinética de las moléculas en movimiento (la energía térmica no es suficiente para cambiar la estructura de un átomo, y mucho menos un núcleo). Por lo tanto, de hecho bajo energía interna En termodinámica nos referimos a energía. caótico termal movimientos moleculares.
Energía interna Ud. un mol de gas ideal es igual a:
De este modo, La energía interna depende sólo de la temperatura. La energía interna U es función del estado del sistema, independientemente de sus antecedentes.
Está claro que, en el caso general, un sistema termodinámico puede tener energía tanto interna como mecánica, y diferentes sistemas pueden intercambiar estos tipos de energía.
Intercambio energía mecánica caracterizado por perfecto trabajo A, y el intercambio de energía interna – la cantidad de calor transferido Q.
Por ejemplo, en invierno arrojabas una piedra caliente a la nieve. Debido a la reserva de energía potencial, se realizó trabajo mecánico para comprimir la nieve, y debido a la reserva de energía interna, la nieve se derritió. Si la piedra estaba fría, es decir. Si la temperatura de la piedra es igual a la temperatura del medio, entonces sólo se realizará trabajo, pero no habrá intercambio de energía interna.
Por tanto, el trabajo y el calor no son formas especiales de energía. No podemos hablar de reserva de calor ni de trabajo. Este medida de transferido otro sistema de energía mecánica o interna. Podemos hablar de la reserva de estas energías. Además, la energía mecánica se puede convertir en energía térmica y viceversa. Por ejemplo, si golpeas un yunque con un martillo, después de un tiempo el martillo y el yunque se calentarán (este es un ejemplo disipación energía).
Podemos dar muchos más ejemplos de la transformación de una forma de energía en otra.
La experiencia demuestra que en todos los casos, La transformación de energía mecánica en energía térmica y viceversa siempre se produce en cantidades estrictamente equivalentes.Ésta es la esencia de la primera ley de la termodinámica, que se deriva de la ley de conservación de la energía.
La cantidad de calor impartida al cuerpo sirve para aumentar la energía interna y realizar trabajo en el cuerpo:
| , | (4.1.1) |
- Eso es lo que es primera ley de la termodinámica , o Ley de conservación de la energía en termodinámica.
Regla de signos: si el calor se transfiere desde el ambiente este sistema, y si el sistema realiza trabajo sobre los cuerpos circundantes, en este caso. Teniendo en cuenta la regla de los signos, la primera ley de la termodinámica se puede escribir como:
en esta expresión Ud.– función de estado del sistema; d Ud. es su diferencial total, y δ q y δ A ellos no son. En cada estado, el sistema tiene un cierto y sólo este valor de energía interna, por lo que podemos escribir:
 ,
|
Es importante tener en cuenta que el calor q y trabajo A Depende de cómo se logra la transición del estado 1 al estado 2 (isocóricamente, adiabáticamente, etc.), y de la energía interna. Ud. no depende. Al mismo tiempo, no se puede decir que el sistema tenga un valor específico de calor y trabajo para un estado determinado.
De la fórmula (4.1.2) se deduce que la cantidad de calor se expresa en las mismas unidades que el trabajo y la energía, es decir, en julios (J).
De particular importancia en termodinámica son los procesos circulares o cíclicos en los que un sistema, después de pasar por una serie de estados, vuelve a su estado original. La Figura 4.1 muestra el proceso cíclico 1– A–2–b–1, mientras se realizaba el trabajo A.
Arroz. 4.1
Porque Ud. es una función de estado, entonces
| (4.1.3) |
Esto es válido para cualquier función estatal.
Si entonces, según la primera ley de la termodinámica, es decir Es imposible construir un motor que funcione periódicamente y que realice más trabajo que la cantidad de energía que se le imparte desde el exterior. En otras palabras, una máquina de movimiento perpetuo del primer tipo es imposible. Esta es una de las formulaciones de la primera ley de la termodinámica.
Cabe señalar que la primera ley de la termodinámica no indica en qué dirección ocurren los procesos de cambio de estado, lo cual es una de sus deficiencias.
