11. Calor y materiales

Consigna

Usá $Q = m \cdot C_e \cdot \Delta T$ y $Q = m \cdot L$ en un problema sencillo, y explicá Fourier solo a nivel conceptual.

Conexión con la parte A. El calor latente ($Q = m \cdot L$) ya apareció en el tema 3 (cambios de estado) y en la curva de enfriamiento de la naftalina (tema 4): durante la meseta la temperatura no cambia aunque haya intercambio de energía. Acá se suma $Q = m \cdot C_e \cdot \Delta T$ para cuando sí cambia la temperatura. El tema 13 usa esta fórmula para medir $C_e$ con un calorímetro.

Cambios por calor

• Físicos: cambian el estado o la temperatura sin nueva sustancia (fundir, evaporar, dilatar).
• Químicos: aparecen sustancias nuevas (combustión, cocción con reacción, oxidación acelerada).

Fórmulas machete

Calentamiento / enfriamiento (sin cambio de estado):

$Q = m \cdot C_e \cdot \Delta T$

• $Q$: calor (J)
• $m$: masa (kg o g, coherente con Ce)
• $C_e$: capacidad calorífica específica (J/(kg·°C) o J/(g·°C))
• $\Delta T$: cambio de temperatura

Cambio de estado (a T constante del cambio):

$Q = m \cdot L$

• $L$: calor latente (fusión o vaporización), en J/kg

Equilibrio (idea): el calor que pierde uno lo gana el otro (si se desprecia pérdida al entorno): $Q_{cedido} + Q_{ganado} = 0$.

Conductores y aislantes

• Conductores térmicos: metal, grafito… la energía se propaga con facilidad (conducción).
• Aislantes: madera, telgopor, aire quieto, tela… dificultan la conducción.

Fourier conceptual: mayor ΔT y mejor conductor ⇒ mayor flujo; más espesor aislante ⇒ menos flujo.

Exotérmicos y endotérmicos

• Exotérmico: el sistema libera energía al entorno (combustión, condensación).
• Endotérmico: el sistema absorbe energía (evaporación, muchas descomposiciones, una bolsa de frío químico).

Problema modelo

¿Cuánto calor hace falta para subir 0,5 kg de agua de 20 °C a 80 °C?
Tomá $C_e \approx 4180\ \mathrm{J/(kg\cdot°C)}$.

$Q = 0{,}5 \times 4180 \times (80-20) = 125\,400\ \mathrm{J} \approx 125\ \mathrm{kJ}$

Autoevaluación

1. Para fundir hielo a 0 °C sin subir la temperatura usás:

• a) Solo $Q = m C_e \Delta T$ con ΔT = 0 (da cero: incompleto).
• b) $Q = m L$ de fusión.
• c) Solo la escala Kelvin.