El documento trata sobre el calor y la temperatura como formas de transferencia de energía. Explica que el calor se transfiere mediante el intercambio térmico entre dos sistemas a diferentes temperaturas, mientras que el trabajo implica fuerzas que actúan sobre los cuerpos. También define conceptos como calor específico, escalas termométricas, y efectos del intercambio de energía térmica como la dilatación y contracción.

1. Tema
EL CALOR Y LA TEMPERATURA
Prof.- Juan Sanmartín – Física
Recursos subvencionados por el…

2. INTERCAMBIO DEL CALOR COMO FORMA DE
TRANSFERENCIA DE ENERGÍA
Pese a que los cambios que pueden producirse en los sistemas son muy variados, el modo en
que los sistemas intercambian energía solo se produce de dos formas: mediante el calor y el
trabajo.
 Mediante el calor. El Intercambio térmico se produce, entre dos sistemas que se encuentren
en desequilibrio térmico; esto es a diferente temperatura. Pasa del de mayor temperatura a
menor. Dos sistemas a igual temperatura se encuentran en equilibrio térmico.
 Mediante trabajo. El intercambio mecánico se da cuando las fuerzas actúan sobre los
cuerpos y se desplazan, deforman o modifican de algún modo su movimiento. Es el tipo de
intercambio energético que se produce en las máquinas: un coche, una grúa, una lavadora.
El calor y el trabajo son dos magnitudes físicas. Al ser formas de transferencia de energía, el
calor y el trabajo se miden en las mismas unidades que la energía: en julios (j) o kilojulios (.1Kj
= 1000 j). En el caso del calor también se utiliza calorías (1 caloría= 4,18 J)

3. EFECTOS DE LA TRANSFERENCIA DE ENERGÍA TÉRMICA
 Si ponemos en contacto dos cuerpos con diferente temperatura, el que posee más
energía térmica la cede al otro en forma de calor, hasta que se igualan las temperaturas.
Entonces la energías de los dos cuerpos también son iguales y se ha alcanzado el
equilibrio térmico.
 El aporte o perdida de calor de un cuerpo produce cambios en su energía interna y por
tanto, de su temperatura. Este aumento o disminución de la energía térmica, produce
cambios de estado, dilataciones y contracciones, transformaciones químicas, etc…
 La dilatación y la contracción de los cuerpos se producen porque, al aumentar o
disminuir su energía interna, las moléculas se agitan más o menos. Entonces las distancias
entre ellas varían y también los espacios en los que se agitan. Si se agitan más se produce
un aumento de tamaño del cuerpo (dilatación) y si se agitan menos una disminución
(contracción).
T1 T2 T1 T2
T1 > T2 T1 = T2
Q

4. CALOR, TEMPERATURA Y EQUILIBRIO TÉRMICO
Calor y temperatura son conceptos diferente.
El calor es energía en movimiento, es decir energía térmica transferida de un sistema que está
a mayor temperatura, a otro que está a menor.
La temperatura es la magnitud física que mide la cantidad de energía térmica que tiene un
cuerpo o un sistema.
Las moléculas que forman todos los cuerpos están siempre en movimiento. La temperatura nos
informa del grado de agitación de las partículas de un cuerpo y equivale al valor promedio de la
energía de todas sus partículas.
La unidad de temperatura en el S.I. es el grado Kelvin (K) de la escala absoluta. Pero la
escala que se utiliza normalmente es la escala Centígrada, en la que la unidad es el grado
centígrado (ºC) es la temperatura de fusión del hielo; y el valor de 100ºC, es la temperatura de
ebullición del agua.

5. DISTINCIÓN ENTRE CALOR Y TEMPERATURA. LOS TERMOMETROS
El calor como hemos estudiado el calor es el transito de energía
entre dos sistemas en desequilibrio térmico. El de mayor
temperatura cede energía al otro. Por tanto, el calor es energía en
transito y se mide en julios.
La temperatura no es energía; expresa el estado de agitación
molecular de un cuerpo y se mide en kelvin, o en grados
centígrados.
El calor y la temperatura son dos magnitudes distintas.
Escalas termométricas:
 Escala centígrada toma como puntos de referencia las temperaturas de fusión y
ebullición. Del agua a una atmósfera de presión y se les asigna valores de 0 a 100.
 Escala Fahrenheit: Hace corresponder los mismos puntos con 32º F y 212º F. La
escala se divide en 180 partes iguales.
 Escala Kelvin. No es una escala arbitraria; su cero se sitúa en el punto de la
temperatura mínima posible, donde los átomos y las moléculas estarían en reposo. Este
punto se corresponde aproximadamente con – 273 ºC. La unidad de temperatura en el
S.I. es el Kelvin (K)

6. ESCALAS
TERMOMÉTRICAS
Kelvin
Grado Centígrado
Grado Farenheit

7. Temperaturas (Unidades)
ºC ºF K
-273ºC -459,4ºF 0 K
100unidades
100unidades
180unidades
0ºC 32ºF 273 K
373 K100ºC 212ºF
En el gráfico vemos las tres escalas de
temperatura.
La ESCALA CENTÍGRADA toma como
referencia las temperaturas de fusión y
evaporación del agua en Condiciones
normales y les asigna 0ºC a la de fusión
y 100ºC a la de evaporación. Entre ellas
existirán 100 unidades.
La ESCALA FARENHEIT asigna a los
anteriores valores 32ºF y 212ºF
respectivamente y por lo tanto
tendremos 180 unidades entre ambas
temperaturas.
La ESCALA ABSOLUTA O KELVIN esta
basada en los problemas de valores
negativos en las ecuaciones de gases y
por lo tanto se busco el 0 absoluto
manteniendo la escala de la
CENTIGRADA que coincide con los -
273ºC de esta.

8. Transformaciones
KC º De Grados Centígrados a Kelvin se pasa añadiendo a los G.
Centígrados 273 unidades.
¡OJO! GRADOS CENTÍGRADOS, GRADOS FARENHEIT
Y KELVIN, NO GRADOS KELVIN.
273º  CK
Ejemplo
KCK
KC
KCK
KC
139273º134
º134
276273º23
º23




73ºC273200KºC
ºC200K
137ºC273410KºC
ºC410K





9. Transformaciones
FC ºº 
La transformación se complica al tener diferente escala. Tenemos
que aplicar las siguientes formulas:
 
180
32º100
º


F
C
Ejemplo
 
    12,2ºC
180
3254100
180
32ºF100
ºC
ºC54ºF
29,2ºF32
100
18034
32
100
180ºC
ºF
ºF34ºC
77ºF32
100
18025
32
100
180ºC
ºF
ºF25ºC


















32
100
180ºC
ºF 



10. Transformaciones
KF º
En este caso tenemos que pasar por Grados
Centígrados para la tranformación.
 
180
32º100
º


F
C
Ejemplo
   
ºF32
100
180
32
100
180ºC
ºFCkC
CK
KCKºC
180
32100
180
32ºF100
ºC
KF
ºF32
100
180
32
100
180ºC
ºFCkC
ºFk
77
25
º25273298º
º298
6,248273º4,244,24
12
º12
6,80
27
º27273300º
300


















32
100
180ºC
ºF 

 273º  CK

11. CALOR ESPECÍFICO
 No todas las sustancias absorben o desprenden, en igualdad de masa, las mismas
cantidades de calor. Dependen de su naturaleza química, es decir, del tipo de partícula
que la compone y de cómo se encuentran unidas. Así, para elevar 1 kelvin la temperatura
de un kilogramo de hierro se necesitan 458 Julios, mientras que 1 kilogramo de alcohol
requiere de 2450 Julios (estas cantidades se desprenden cuando la temperatura
disminuye 1 kelvin). En base a esta propiedad característica de cada sustancia, definimos
el calor específico Ce.
 Definimos Calor Específico de una sustancia como la cantidad de Energía (Q) que hay
que proporcionar a 1 kg. de esta para elevar su temperatura 1 kelvin. Esto se expresa de
la siguiente manera
 Siendo la variación de temperatura, la temperatura final (o de equilibrio) de la sustancia
menos la inicial
Tm
Q
CC eespecifico


sustancia
inicialfinal TTT 

12. CALORES ESPECÍFICOS
12
Sustancia Calor específico
Agua (líquida) 4180
Hielo (Agua sólida) 2090
Vapor de agua 2090
Alcohol 2450
Aluminio 899
Hierro 452
Cobre 385
Mercurio 138
Plata 234
Plomo 130
Oro 130
TABLA DE CALORES ESPECÍFICOS
DE DIFERENTES SUSTANCIAS. Las
unidades son:
KelvinKilogramo
Julios

KKg
J


13. CALOR ESPECÍFICO / ENERGÍA CALORÍFICA
13
Por lo tanto, la energía (Q) necesaria para elevar una masa (m) de una sustancia cuyo calor
específico es Ce , del una temperatura inicial (Tinicial o T0) hasta una temperatura final o de
equilibrio (Tf ), viene dada por la siguiente expresión.
 inicialfinalesustancia TTCmQ sustancia

De lo que podemos deducir que:
Si Tf > T0 entonces Q > 0, el calor es absorbido por la sustancia que está a menor
temperatura y esta se eleva.
Si Tf < T0 entonces Q < 0, el calor es cedido por la sustancia que está a mayor temperatura
y esta se reduce.

14. Q
Si Tf > T0 entonces Q > 0, el calor
es absorbido por la sustancia que
está a menor temperatura y esta se
eleva. Es, por ejemplo, el caso de
los alimentos en un horno que
aumentan su temperatura al recibir
el calor de este.
Si Tf < T0 entonces Q < 0, el calor es
cedido por la sustancia que está a mayor
temperatura y esta se reduce. Es, por
ejemplo, el caso de los alimentos en la
nevera que disminuyen su temperatura al
recibir el calor de este.

15. PROBLEMAS DE CALOR
Intercambio de calor
En los problemas de calor, consideramos un sistema
ADIABÁTICO, no existe intercambio de calor con el exterior. Y,
por lo tanto, la energía queda íntegramente en el sistema
Fuente.- blogs.20minutos.es

16. Problema.- Calcular la temperatura final de una mezcla de 10 y 50 litros de agua cuyas temperaturas
iniciales son 80ºC y 200C respectivamente.
    0TTCmTTCm inicialfinale)(Hinicialfinale)(H 2H22H2
 OO friaOcalienteO
KKg
JC
KCT
kgmlV
e
OHcalienteOH




4180
353.º80
.10.10
0
)( 22
KKg
JC
KCT
kgmlV
e
OHfriaOH




4180
293.º20
.50.50
0
)( 22
0QQ )()( 22
 friaOHcalienteOH
Buscamos la temperatura final o de equilibrio
La energía (Q) que cede el agua caliente, la
absorbe el agua fría y por lo tanto la suma de
ambas es cero. Tengamos en cuenta que
consideramos un sistema adiabático donde
no hay perdidas de calor al exterior.

17. 0612370002090001475540041800  ff TT
612370001475540020900041800  ff TT
    0293418050353418010 



 ff T
KKg
JkgT
KKg
Jkg
Sustituimos los datos…
Operamos…
Y resolvemos como si fuese una ecuación de primer grado
CKTf º30303
20900041800
6123700014755400





18. Problema.- En un calorímetro que contiene 400 g de agua se introduce un trozo de metal de 500 g.
a una temperatura de 80ºC. La temperatura inicial del agua es de 10 ºC y la de equilibrio de la
mezcla, 12 ºC. Calcula el calor especifico del metal. Se supone que el calorímetro no absorbe calor.
    0TTCmTTCm inicialfinaleHinicialfinalemetal 2H2metal
 OO
?
353.º80
.5,0500
0
metal



metaleC
KCT
kggm
KKg
JC
KCT
kggm
OHe
OH




4180
283.º10
.4,0.400
)(
0
2
2
0QQ 2Hmetal  O
Buscamos el calor específico del metal
KCTT fequilibrio 285.º12 

19. 0334434  metaleC
Sustituimos los datos…
Operamos…
Y resolvemos como si fuese una ecuación de primer grado
    028328541804,03532855,0  metaleC
metaleC 343344
KKg
JC metale 
 3,98
34
3344

20. Problema.- Una bañera contiene 50 litros de agua a 25 ºC. ¿Cuánto tiempo será preciso abrir el grifo
de agua caliente para que la temperatura final del agua sea 40 ºC?. Temperatura del agua caliente:
80 ºC.; Caudal del grifo: 5 l/min.
    0TTCmTTCm inicialfinale)(Hinicialfinale)(H 2H22H2
 OO friaOcalienteO
KKg
JC
KCT
m
e
OH




4180
353.º80
.?
0
2
KKg
JC
KCT
kgmlV
e
OHfriaOH




4180
298.º25
.50.50
0
)( 22
0QQ )()( 22
 friaOHcalienteOH
Buscamos la masa de agua que tendremos que añadir a 80º C.
KCTT fequilibrio 313.º40 

21. 03135000167200 2
 OHm
Sustituimos los datos…
Operamos…
Y resolvemos como si fuese una ecuación de primer grado
    02983134180503533134180)(2





KKg
Jkg
KKg
Jm calienteOH
.75,1875,18
167200
3135000
2
lKgm OH 
.45.min3min75,3
.min
5
.75,18
s
l
l
q
V
t
t
V
q 
min
5
)(
)(
)( lq
tiempot
volumenV
caudalq 

22. CAMBIO DE ESTADO DE LA MATERIA
Cuando un cuerpo alcanza la temperatura de cambio de estado, este comienza, pero mientras que se
realiza, la temperatura del cuerpo permanece constante.
Gas
Líquido
Sólido
Sublimación
inversa
Sublimación
Evaporación
Condensación
Fusión
Solidificación
CesióndeEnergíaTérmica
AbsorcióndeEnergíaTérmica

23. CAMBIO DE ESTADO DE LA MATERIA
Mientras sucede el cambio de estado, se le pueden suministrar grandes cantidades de energía a la
sustancia sin que varíe la temperatura.
Esto lo explica la Teoría Cinético Molecular T.C.M., la temperatura aumenta porque aumenta la
energía cinética media de las partículas que forman una sustancia.. En el caso de un sólido la
temperatura aumentará con el aumento de esta energía cinética, pero al llegar al punto de fusión,
los enlaces entre las partículas han de romperse, las partículas necesitan suficiente energía para
vencer las fuerzas atractivas que mantenían unido a la sustancia en su estado sólido, sin que
suponga un aumento de la agitación térmica y por lo tanto la Temperatura permanece constante.
En el caso del punto de ebullición, las partículas que en estado líquido aún conservan enlaces que
las mantienen unidas, deben romper estos enlaces para conseguir el estado gaseoso sin que
aumente la energía cinética media y por lo tanto su temperatura.
Definimos calor latente de fusión Lf a la energía necesaria para cambiar 1 kg. de una sustancia
de estado sólido a estado líquido o viceversa (en este caso este calor será
negativo).Permaneciendo la temperatura constante.
Definimos calor latente de vaporización Lf a la energía necesaria para cambiar 1 kg. de una
sustancia de estado líquido a estado gaseoso o viceversa (en este caso este calor será
negativo).Permaneciendo la temperatura constante.

24. CALORES LATENTES (kJ/kg.)
Estos calores latentes están expresados
en kilojulios por kilogramo.
La energía térmica o calor (Q) en este
caso no depende de la temperatura, y por
lo tanto viene dada por la siguiente
expresión:
Sustancia Lf Lv
Agua 334,4 2257
Etanol 109 840
Mercurio 11,3 296
Plomo 24,7 858
Zinc 102 1768
f/vLmQ 
En el caso de que el cambio de estado sea de sólido a liquido (fusión) o viceversa (solidificación)
obtendremos la siguientes expresiones
 fónsolificaci
ffusión
LmQ
LmQ


En el caso de que el cambio de estado sea de líquido a gas (vaporización) o viceversa
(condensación) obtendremos la siguientes expresiones
 vóncondensaci
vónvaporizaci
LmQ
LmQ



25. PROBLEMAS DE CALOR
Cambios de estado
En los problemas de calor, consideramos un sistema ADIABÁTICO, no existe
intercambio de calor con el exterior. Y, por lo tanto, la energía queda
íntegramente en el sistema
Fuente.- blogs.20minutos.es

26. Problema.- Si tengo 4l. de agua que acaban de hervir. ¿Qué cantidad
de calor le tengo que extraer para convertirla en hielo a –18ºC?
C)18º(OHC)(0ºOH
C)(0ºOHC)(100ºOH
sólido2
Q
sólido2
Q
Q
líquido2
Q
líquido2
32
21


Debemos considerar todas las etapas que suceden en el
proceso, ya que cada una tiene una energía térmica diferente.
La temperatura siempre en Kelvin, entonces…
55K)2(OH(273K)OH
(273K)OH(373K)OH
sólido2
Q
sólido2
Q
Q
líquido2
Q
líquido2
32
21


Una vez que tenemos definidas las etapas, procedemos a calcular el calor (Q) en
cada una de ellas, las suma de todas nos dará la energía del proceso.

27.       JK
Kkg
JkgTTCmQ fhieloeOH 1504802732552090403 2



Calculamos los calores de cada etapa utilizando los calores específicos y latentes de las
tablas. En el caso de los calores latentes hemos de cambiarlos signos.
Sumamos los calores para obtener la energía final
321TOTAL QQQQ 
EL SIGNO NEGATIVO SIGNIFICA QUE TENEMOS QUE EXTRAER CALOR
      JK
Kkg
JkgTTCmQ faguaeOH líquida
16720003732734180401 2



  J
kg
JkgLmQ fOHciónsolidifica 1337600334400422 
J1600803150480J1337600J1672000JQTOTAL 

28. PROPAGACIÓN DEL CALOR
El calor se propaga por conducción, por convección y por
radiación.
La conducción del calor se produce preferentemente
cuando la energía se transmite a través de cuerpos sólidos.
Por ejemplo, al calentar el extremo de una varilla metálica,
las partículas se agitan mas y transmiten esas vibraciones a
las partículas que tienen a su lado, y la temperatura va
aumentando hacia el otro extremo.
Unas sustancias conducen el calor mejor que otras, esto
permite clasificarlas en conductoras y aislantes del calor.
Por ejemplo, los metales son muy buenos conductores del
calor, sin embargo la madera, el plástico o el aire no son
buenos conductores, son aislantes.
Convección
Conducción
Radiación

29. PROPAGACION DEL CALOR
La radiación del calor la producen todos los cuerpos por el hecho de tener temperatura, y es mayor cuanto
mas temperatura tiene el cuerpo. El calor se propaga igual que la luz, las ondas de radio y de TV, las
microondas, etc., se puede propagar incluso por el vacío, como ocurre en el Universo, con el calor que
irradian las estrellas.

30. PROPAGACION DEL CALOR
La convección del calor se produce en los
líquidos y en los gases porque sus moléculas se
mueven con cierta libertad. La zona que se
calienta, se dilata y al adquirir menor densidad
asciende. Su lugar es ocupado por las partículas
de las zonas mas frías. Así se producen unas
corrientes de gas o de líquido que ascienden y
otras bajan, son las corrientes de convección,
importantes para explicar los fenómenos
atmosféricos, como calienta la calefacción el
interior de una vivienda, las corrientes marinas,
como se calienta en la cocina el líquido de un
recipiente, etc…

31. Fin
Busca enlaces a otras páginas relacionadas con
el tema en…
www.juansanmartin.net