TRABAJO MONOGRÁFI MONOGRÁFICO CO DE TERMODINÁMICA MI-242 UNSCH
UNIVERSIDAD UNIVERSIDAD NACIONAL NACIONAL DE SAN CRISTOBAL DE HUAMANGA FACULTAD DE INGENIERÍA DE MINAS, GEOLOGÍA Y CIVIL ESCUELA DE FORMACION PROFESIONAL DE INGENIERIA DE MINAS
TERMODINÁMICA MI – 242
MONOGRAFÍA
CALOR: CONCEPTOS Y TIPOS DE TRANSFERENCIA TRANSFERENCIA DE CALOR C ALOR Profesor:
Ing. Fortunato De la Cru
Alumno:
Al!ert "e##er$on E$%&noa 'ule(e
Fe!" #e en$re%" #el &nforme:
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AYACUCHO ' PER( )*+,
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TRABAJO MONOGRÁFICO DE TERMODINÁMICA MI-242 UNSCH
C"lor: Cone-$os . $&-os #e $r"nsferen&" #e "lor
1. Calor +/+ CONCEPTOS PREVIOS A/ ENERG0A INTERNA: E$ to*a la energ0a *e un $&$te+a 1ue e$t2 a$o3&a*a 3on $u$ 3o+%onente$ +&3ro$34%&3o$, 2to+o$ 5 +ol63ula$, 3uan*o $e 7e *e$*e un +ar3o *e re#eren3&a en re%o$o re$%e3to al 3entro *e +a$a *el $&$te+a. B/ CALOR: El 3alor $e *e#&ne 3o+o la tran$#eren3&a *e energ0a a tra76$ *e la #rontera *e un $&$te+a *e!&*o a la *&#eren3&a *e te+%eratura entre el $&$te+a 5 $u entorno. Cuan*o 3alenta+o$ una $u$tan3&a, a ella tran$#er&+o$ energ0a al %onerla en 3onta3to 3on el entorno *e una te+%eratura +2$ alta. 8$te e$ el 3a$o, %or e(e+%lo 3uan*o $e %one una $art6n 3on agua #r0a en el 1ue+a*or *e una e$tu#a9 el 1ue+a*or e$t2 a una te+%eratura +2$ alta 1ue el agua, *e +o*o 1ue el agua gana energ0a. Ta+!&6n u$are+o$ el t6r+&no calor %ara re%re$entar la 3ant&*a* *e energ0a tran$#er&*a %or e$te +6to*o. - UNIDADES DEL CALOR En el S.I. tene+o$ la "lor1" 2"l3, 1ue $e *e#&ne 3o+o la 3ant&*a* *e tran$#eren3&a *e energ0a ne3e$ar&a %ara ele7ar la te+%eratura *e g *e agua *e :,; La un&*a* *e energ0a en el $&$te+a 3on7en3&onal en E.E.U.U. e$ la un&#"# $4rm&" 5r&$6n&" 2B$u3, 1ue $e *e#&ne 3o+o la 3ant&*a* *e tran$#eren3&a *e energ0a ne3e$ar&a %ara ele7ar la te+%eratura *e l! *e agua *e /?
+/) CAPACIDAD CALOR0FICA 2C3 La 3a%a3&*a* 3alor0#&3a C *e una +ue$tra %art&3ular *e una $u$tan3&a $e *e#&ne 3o+o la 3ant&*a* *e energ0a ne3e$ar&a %ara ele7ar en
+/7 CALOR ESPEC0FICO 23 El 3alor e$%e30#&3o c *e una $u$tan3&a e$ la 3a%a3&*a* 3alor0#&3a %or un&*a* *e +a$a. Por lo tanto, $& la energ0a Q $e tran$#&ere a una +ue$tra *e una $u$tan3&a 3on +a$a m 5 la te+%eratura *e la +ue$tra 3a+!&a en ΔT, enton3e$ el 3alor e$%e30#&3o *e la $u$tan3&a e$
=?> El 3alor e$%e30#&3o e$ en e$en3&a una +e*&*a *e lo t6r+&3a+ente &n$en$&!le 1ue e$ una $u$tan3&a a la $u+a *e energ0a. Cuanto +a5or e$ el 3alor e$%e3&#&3o *e un +ater&al, +2$ energ0a *e!e agregar$e a una +a$a *el +ater&al %ara 3au$ar un 3a+!&o %art&3ular *e te+%eratura. La ta!la &n*&3a 3alore$ e$%e30#&3o$ re%re$entat&7o$. De e$ta *e#&n&3&4n, %o*e+o$ rela3&onar la energ0a Q tran$#er&*a entre una +ue$tra *e +a$a m *e un +ater&al 5 $u entorno a un 3a+!&o *e la te+%eratura ΔT 3o+o
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+/8 CONSERVACI9N DE LA ENERG0A: CALORIMETR0A Una t63n&3a %ara +e*&r 3alor e$%e30#&3o 3o+%ren*e en 3alentar una +ue$tra a una te+%eratura 3ono3&*a T x %on&6n*ola en un 7a$o 1ue 3ontenga agua *e +a$a 3ono3&*a 5 te+%eratura T w < T x 5 +&*&en*o la te+%eratura *el agua *e$%u6$ *e al3anar el e1u&l&!r&o. E$ta t63n&3a $e *eno+&na "lor&me$r1", 5 lo$ *&$%o$&t&7o$ en lo$ 1ue $e %re$enta e$ta tran$#eren3&a *e energ0a $e lla+an "lor1me$ros. S& el $&$te+a *e la +ue$tra 5 el agua e$t2 a&$la*o, la le5 *e 3on$er7a3&4n *e la energ0a e@&ge 1ue la 3ant&*a* *e energ0a 1ue $ale *e la +ue$tra =*e 3alor e$%e30#&3o *e$3ono3&*o> $ea &gual a la 3ant&*a* *e energ0a 1ue entre al agua. La 3on$er7a3&4n *e la energ0a no$ %er+&te e$3r&!&r la re%re$enta3&4n +ate+2t&3a *e e$te enun3&a*o *e energ0a 3o+o =;> El $&gno negat&7o *e la e3ua3&4n e$ ne3e$ar&o %ara +antener 3on$&$ten3&a 3on nue$tra 3on7en3&4n *e $&gno$ %ara 3alor.
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2. Cambio de fase y calor latente E$ #re3uente 1ue una $u$tan3&a e@%er&+ente un 3a+!&o *e te+%eratura 3uan*o $e tran$#&ere$ energ0a entre ella 5 $u entorno. a5 $&tua3&one$, $&n e+!argo, en la$ 1ue la tran$#eren3&a *e energ0a no re$ulta en un 3a+!&o *e te+%eratura. 8$te e$ el 3a$o $&e+%re 1ue la$ 3ara3ter0$t&3a$ #0$&3a$ *e la $u$tan3&a 3a+!&en *e una #or+a a la otra9 a e$te 3a+!&o $e 3ono3e 3o+Bn+ente 3o+o "m5&o #e f"se. Do$ 3a+!&o$ *e #a$e 3o+une$ $on *e $ol&*o a l01u&*o =#u$&4n> 5 *e l01u&*o a ga$ =e!ull&3&4n>. To*o$ e$to$ 3a+!&o$ *e #a$e 3orre$%on*en a un 3a+!&o en energ0a &nterna, %ero n&ngBn 3a+!&o en te+%eratura. La 3ant&*a* *e energ0a tran$#er&*a *urante un 3a+!&o *e #a$e *e%en*e *e la 3ant&*a* *e $u$tan3&a *e 1ue $e trate. S& la 3ant&*a* Q *e tran$#eren3&a *e energ0a $e ne3e$&ta %ara 3a+!&ar *e #a$e *e una +a$a m *e una $u$tan3&a, la ra4n L=Q/m 3ara3ter&a una &+%ortante %ro%&e*a* t6r+&3a *e e$a $u$tan3&a. De!&*o a 1ue e$ta energ0a agrega*a o el&+&na*a no re$ulta en un 3a+!&o *e te+%eratura, la 3ant&*a* L $e *eno+&na "lor l"$en$e =3alor o3ulto> *e la $u$tan3&a. El 7alor *e L %ara una $u$tan3&a *e%en*e $e la naturalea *el 3a+!&o *e #a$e, a$0 3o+o *e la$ %ro%&e*a*e$ *e la $u$tan3&a. De la *e#&n&3&4n *e 3alor latente, 5 *e nue7o $ele33&onan*o el 3alor 3o+o nue$tro +e3an&$+o *e tran$#eren3&a *e energ0a, en3ontra+o$ 1ue la energ0a ne3e$ar&a %ara 3a+!&ar la #a$e *e una +a$a m *a*a $e una $u$tan3&a %ura e$
3. Transferencia de calor El 3alor $e tran$#&ere, o $e tran$+&te, *e 3o$a$ +2$ 3al&ente$ a 3o$a$ +2$ #r0a$. S& e$t2n en 3onta3to 7ar&o$ o!(eto$ 3on te+%eratura$ *&$t&nta$, lo$ 1ue e$t2n +2$ 3al&ente$ $e en#r0an 5 lo$ 1ue e$t2n +2$ #r0o$ $e 3al&entan. T&en*en a al3anar una te+%eratura 3o+Bn. E$ta &guala3&4n *e te+%eratura$ $e lle7a a 3a!o *e tre$ +anera$ %or 3on*u33&4n, 3on7e33&4n 5 ra*&a3&4n.
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F&gura . E$1ue+a *e lo$ +e3an&$+o$ *e tran$#eren3&a *e 3alor
A/ CONDUCCI9N La 3on*u33&4n e$ el +e3an&$+o *e tran$#eren3&a *e 3alor en e$3ala at4+&3a a tra76$ *e la +ater&a %or a3t&7&*a* +ole3ular, %or el 3o1ue *e una$ +ol63ula$ 3on otra$, *on*e la$ %art03ula$ +2$ energ6t&3a$ le entregan energ0a a la$ +eno$ energ6t&3a$, %ro*u3&6n*o$e un #lu(o *e 3alor *e$*e la$ te+%eratura$ +2$ alta$ a la$ +2$ !a(a$. Lo$ +e(ore$ 3on*u3tore$ *e 3alor $on lo$ +etale$. El a&re e$ un +al 3on*u3tor *el 3alor. Lo$ o!(eto$ +alo$ 3on*u3tore$ 3o+o el a&re o %l2$t&3o$ $e lla+an a&$lante$.
Don*e =en Hatt+. J> $e lla+a on#u$&&#"# $4rm&" #el m"$er&"l, +agn&tu* 1ue re%re$enta la 3a%a3&*a* 3on la 3ual la $u$tan3&a 3on*u3e 3alor 5 %ro*u3e la 3on$&gu&ente 7ar&a3&4n *e te+%eratura9 5 *T*@ e$ el gra*&ente *e te+%eratura. El $&gno +eno$ &n*&3a 1ue la 3on*u33&4n *e 3alor e$ en la *&re33&4n *e3re3&ente *e la te+%eratura.
F&gura .
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TRABAJO MONOGRÁFICO DE TERMODINÁMICA MI-242 UNSCH B/ CONVECCI9N La 3on7e33&4n e$ el +e3an&$+o *e tran$#eren3&a *e 3alor %or +o7&+&ento *e +a$a o 3&r3ula3&4n *entro *e la $u$tan3&a. Pue*e $er natural %ro*u3&*a $olo %or la$ *&#eren3&a$ *e *en$&*a*e$ *e la +ater&a9 o #ora*a, 3uan*o la +ater&a e$ o!l&ga*a a +o7er$e *e un lugar a otro, %or e(e+%lo el a&re 3on un 7ent&la*or o el agua 3on una !o+!a. S4lo $e %ro*u3e en l01u&*o$ 5 ga$e$ *on*e lo$ 2to+o$ 5 +ol63ula$ $on l&!re$ *e +o7er$e en el +e*&o. En la naturalea, la +a5or %arte *el 3alor gana*o %or la at+4$#era %or 3on*u33&4n 5 ra*&a3&4n 3er3a *e la $u%er#&3&e, e$ tran$%orta*o a otra$ 3a%a$ o n&7ele$ *e la at+4$#era %or 3on7e33&4n. Un +o*elo *e tran$#eren3&a *e 3alor %or 3on7e33&4n, lla+a*o le5 *e en#r&a+&ento *e NeKton, e$ el $&gu&ente =)> Don*e $e lla+a 3oe#&3&ente *e 3on7e33&4n, en Hatt =+ . J>, A e$ la $u%er#&3&e 1ue entrega 3alor 3on una te+%eratura T A al #lu&*o a*5a3ente, 1ue $e en3uentra a una te+%eratura T, 3o+o $e +ue$tra en el e$1ue+a *e la #&gura ?.
F&gura ?. El #lu(o *e 3alor %or 3on7e33&4n e$ %o$&t&7o = H > 0 > $& el 3alor $e tran$#&ere *e$*e la $u%er#&3&e *e 2rea A al #lu&*o =T A > T 5 negat&7o $& el 3alor $e tran$#&ere *e$*e el #lu&*o a3&a la $u%er#&3&e !T A < T"
C/ RADIACI9N La ra*&a3&4n t6r+&3a e$ energ0a e+&t&*a %or la +ater&a 1ue $e en3uentra a una te+%eratura *a*a, $e %ro*u3e *&re3ta+ente *e$*e la #uente a3&a a#uera en to*a$ la$ *&re33&one$. E$ta energ0a e$ %ro*u3&*a %or lo$ 3a+!&o$ en la$ 3on#&gura3&one$ ele3tr4n&3a$ *e lo$ 2to+o$ o +ol63ula$ 3on$t&tut&7o$ 5 tran$%orta*a %or on*a$ ele3tro+agn6t&3a$ o #otone$, %or lo re3&!e el no+!re *e ra#$ac$%& 'l'c(roma)&*($ca. La +a$a en re%o$o *e un #ot4n =1ue $&gn&#&3a lu> e$ &*6nt&3a+ente nula. Por lo tanto, aten*&en*o a relat&7&*a* e$%e3&al, un #ot4n 7&a(a a la 7elo3&*a* *e la lu 5 no $e %ue*e +antener en re%o$o. =La tra5e3tor&a *e$3r&ta %or un #ot4n $e lla+a ra5o>. La ra*&a3&4n ele3tro+agn6t&3a e$ una 3o+!&na3&4n *e 3a+%o$ el63tr&3o$ 5 +agn6t&3o$ o$3&lante$ 5 %er%en*&3ulare$ entre $0, 1ue $e %ro%agan a tra76$ *el e$%a3&o tran$%ortan*o energ0a *e un lugar a otro. A *&#eren3&a *e la 3on*u33&4n 5 la 3on7e33&4n, o *e otro$ t&%o$ *e on*a, 3o+o el $on&*o, 1ue ne3e$&tan un +e*&o +ater&al %ara %ro%agar$e, la ra*&a3&4n ele3tro+agn6t&3a e$ &n*e%en*&ente *e la +ater&a %ara $u %ro%aga3&4n, *e e3o, la tran$#eren3&a *e energ0a %or ra*&a3&4n e$ +2$ e#e3t&7a en el 7a30o. S&n e+!argo, la 7elo3&*a*, &nten$&*a* 5 *&re33&4n *e $u #lu(o *e energ0a $e 7en &n#lu&*o$ %or la %re$en3&a *e +ater&a. A$0, e$ta$ on*a$ %ue*en atra7e$ar el e$%a3&o &nter%lanetar&o e &ntere$telar 5 llegar a la T&erra *e$*e el Sol 5 la$ e$trella$. La long&tu* *e on*a !+ 5 la #re3uen3&a ! *e la$ on*a$ ele3tro+agn6t&3a$, rela3&ona*a$ +e*&ante la e@%re$&4n
, $on &+%ortante$ %ara *eter+&nar
$u energ0a, $u 7&$&!&l&*a*, $u %o*er *e %enetra3&4n 5 otra$ 3ara3ter0$t&3a$. In*e%en*&ente+ente *e $u #re3uen3&a 5 long&tu* *e on*a, to*a$ la$ on*a$ ele3tro+agn6t&3a$ $e *e$%laan en el 7a30o 3on una ra%&*e 3on$tante c = 299792 km/s , lla+a*a 7elo3&*a* *e la lu. Lo$ #otone$ $on e+&t&*o$ o a!$or!&*o$ %or la +ater&a. La long&tu* *e on*a *e la ra*&a3&4n e$t2 rela3&ona*a 3on la energ0a *e lo$ #otone$, %or una e3ua3&4n *e$arrolla*a %or Plan3
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=> Don*e $e lla+a 3on$tante *e Plan3, $u 7alor e$ /,/? @ - "oule. Seg. ?:
Bibliografía
F1s&" -"r" &en&"s e &n%en&er1" Vol/ I Se;$" e#&&o!n ?/ >e@e$$ >r/ Ca%0tulo - El 3alor 5 la %r&+era le5 *e ter+o*&n2+&3a. F1s&" Cone-$u"l Noen" E#&&
,
Escuela de Fo!ac"#$ %o&es"o$al de I$'e$"e(a de M"$as
