UNIDAD 4: CALOR Y TEMPERATURA

Ejercicio (1): Sugerir algún experimento sencillo que muestre que la temperatura , dada por la
lectura de los termómetros, no nos mide el calor absorbido por un cuerpo.

1. EL CALOR Y EL MOVIMIENTO DE LAS PARTÍCULAS DE LOS CUERPOS

La materia está constituida por átomos y moléculas. Aunque un cuerpo esté en reposo, las
partículas que lo forman están en un estado de agitación muy desordenado en los gases, y más ordenado
en los líquidos y en los sólidos.

Ejercicio (2): La figura representa un recipiente que contiene un gas a una temperatura inicial t0 ,
¿qué le ocurre a las moléculas del gas si le suministramos calor ?

t0 tf

La temperatura de un cuerpo está relacionada con la energía cinética media de sus moléculas.

Vemos que al suministrar calor al gas aumentamos su temperatura, es decir, aumentamos la

energía cinética media de sus moléculas por lo que el calor está relacionado con la variación de la energía
cinética de las moléculas.

Ejercicio (3): ¿Qué otra magnitud física estaba relacionada con la variación de la energía ?

Ejercicio (4): ¿ Por qué cuando tenemos frío y nos frotamos las manos, éstas se calientan?

Vemos que el calor y el trabajo son dos formas de transferir energía que tienen los sistemas.
Cuando ponemos en contacto dos cuerpos que están a distintas temperatura, se transfiere energía
desde el de mayor temperatura al de menor temperatura hasta que sus temperaturas se igualan.

El calor es la energía que se transmite de un cuerpo a otro como consecuencia de la diferencia

entre sus temperaturas.

Este intercambio de calor entre dos cuerpos se produce al disminuir la energía cinética media de
las moléculas de uno y aumentar la energía cinética media de las moléculas del otro.

UNIDAD : CALOR Y TEMPERATURA 1

3. GRADUACIÓN DE UN TERMÓMETRO. ESCALAS TERMOMÉTRICAS

Ejercicio (5): Tenemos un recipiente con agua y en su interior un termómetro. Calentamos el

recipiente con un hornillo. ¿ Subirá la temperatura del agua indefinidamente? ¿Por qué?

Para medir temperaturas se emplean los termómetros. Si queremos graduar un

termómetro elegimos dos puntos fijos que corresponden a la temperatura de fusión del hielo y
a la temperatura de ebullición del agua a la presión de una atmósfera. Dependiendo de los
valores que se asignen a estos dos puntos obtenemos las distintas escalas termométricas.
Celsius (centígrada) Kelvin (absoluta) Fahrenheit

100 ºC 373 ºK 212 ºF

0 ºC 273 ºK 32 ºF

para pasar de una escala a otra:

C F  32
T = t + 273 , 
100 180

Ejercicio (6): Expresar el las demás escalas termométricas:

a) 60 ºC b) 300 ºK c) 100 ºF

4. FACTORES DE LOS QUE DEPENDE EL CALOR TRANSFERIDO

Ejercicio (7): ¿ De qué factores dependerá la cantidad de energía que hay que suministrar a
una cuerpo, en forma de calor, para que su temperatura varíe en t º C ? ¿ De qué forma
influirán ?

Vemos que la energía ganada o cedida por un cuerpo en forma de calor es:

Q = m · ce · (t f - t 0)

a ce se le llama calor específico y depende de la naturaleza de la sustancia, su unidad en el

S.I. es:
ce = Q/ m ·  t = J/Kg · ºK (=ºC)

podemos definirlo como la cantidad de energía, en forma de calor, que hay que suministrar a
un kg de una sustancia para aumentar su temperatura en un grado centígrado.

UNIDAD : CALOR Y TEMPERATURA 2

Ejercicio (8): Calcular la energía , en forma de calor, necesaria para calentar 250g de agua
desde 20ºC hasta 40 º C. ce = 4180 J/Kg · ºC.

Ejercicio (9): Calcular la energía, en forma de calor, desprendida al enfriarse 2 litros de

agua desde 80 º C hasta 18 º C. ce = 4180 J /kg · ºC.

Ejercicio (10): Una pieza de plomo de 6 Kg que está a 15 º C, absorbe 21000 J en forma de
calor, ¿qué temperatura alcanza ? ce = 125,4 J /kg ·º C

5. EQUILIBRIO TÉRMICO

Cuando dos cuerpos que están a distinta temperatura se ponen en contacto, el que está
a mayor temperatura cede energía, en forma de calor, al que está a menor temperatura, hasta
que se igualan las temperaturas de los dos cuerpos. Decimos entonces que se ha alcanzado el
equilibrio térmico.

La energía cedida por el cuerpo caliente es igual a la energía ganada por el cuerpo frío.

Para el cuerpo caliente tenemos: m1 , ce1 , t1

Para el cuerpo frío: m2 , ce2 , t2

Si la temperatura de equilibrio es t, intermedia entre t1 y t2. t1 > t > t2

La energía cedida por el cuerpo caliente es:

Q1 = m1 · ce1 · (t - t1)

La energía ganada por el cuerpo frío es:

Q2 = m2 · ce2 · (t - t2)

Si no hay intercambio de energía con el exterior, la energía ganada por el cuerpo frío
es igual a la cedida por el cuerpo caliente:

Q2 = -Q1 o bien, Q2 + Q1 = 0

m1 · ce1 · ( t - t1 ) + m2 · ce2 · ( t - t2 ) = 0
Y queda :

Ejercicio (11): En un calorímetro que contiene 500g de agua a 20 º C, se introducen 200g de

cobre en polvo a 150 º C. Calcular la temperatura final de la mezcla.
ce(agua) = 4180 J/Kg׺C ; ce(cobre) = 389 J/kg׺C.

Ejercicio (12) : Calcular el calor específico del hierro, sabiendo que al poner en contacto en
un calorímetro, una muestra de 50g de éste metal a 80ºC con 250g de agua a 20ºC, se
alcanza una temperatura de equilibrio de 21,3ºC.

UNIDAD : CALOR Y TEMPERATURA 3

Ejercicio (13): Un calentador eléctrico de 75 litros de capacidad, calienta el agua hasta
80ºC. Calcula de cuántos litros de agua caliente a 38ºC podremos disponer, si el agua de la
red está a 18ºC.

Ejercicio (14): Disponemos de agua a 15ºC y de agua a 65ºC. ¿Qué masa hemos de tomar de
cada una para tener 50Kg de agua a 45ºC ?.

6. LA CALORÍA

Todavía es de uso frecuente utilizar como medida de la cantidad de calor la caloría, es la

antigua unidad de calor, se define como la cantidad de calor que hay que suministrar a un
gramo de agua para aumentar su temperatura en 1ºC.
La relación entre la caloría y el Julio la estableció Joule mediante la experiencia
siguiente:
Al caer las pesas, mueven las paletas que debido al rozamiento con el agua hacen que
ésta se caliente. El trabajo realizado es igual a la variación de la energía potencial de las
pesas, y el calor obtenido se calcula mediante la elevación de la temperatura del agua del
calorímetro.
Los resultados obtenidos por Joule, prueban que por cada julio de trabajo realizado
pueden obtenerse 0,24 calorías.

1J = 0,24 cal ; o bien 1 cal = 4,18 J

Ejercicio (15): Una persona de 70Kg sube hasta la cima de una montaña de 350m de altura.
¿Cuántas calorías, como mínimo, consume en el ascenso?

Ejercicio (16): Calcular la energía desprendida, en forma de calor,

al detener un coche de 1200Kg, por acción de los frenos, cuando circula a 72Km/h, en el
supuesto de que toda su energía cinética se transforma en calor
Ejercicio (17): Un hornillo eléctrico tiene una potencia de 750 W. Calcula cuanto tiempo
empleará en calentar un litro de agua desde 12ºC hasta 90ºC, si suponemos que el 20% de la
energía producida se emplea en calentar el agua.

Ejercicio (18): Calcula la potencia de un calentador eléctrico , si tarda 3h 46min 25s en

calentar 75 litros de agua desde 15ºC hasta 80ºC, suponiendo que toda la energía producida
se emplea en calentar el agua.

UNIDAD : CALOR Y TEMPERATURA 4

7. CAMBIOS DE ESTADO

La materia puede encontrarse en tres estados físicos diferentes, sólido, líquido y gaseoso.
Se puede pasar de un estado a otro, absorbiendo energía o desprendiendo energía.

ABSORCIÓN DE ENERGÍA

Fusión Vaporización
SÓLIDO LÍQUIDO GAS
Solidificación Licuación

DESPRENDIMIENTO DE ENERGÍA

Ejercicio (19): ¿ Es posible suministrar energía, en forma de calor, a una sustancia sin que
varíe su temperatura?

Ejercicio (20): Se calienta con un mechero un trozo de hielo hasta que pasa agua,y
posteriormente se sigue calentando el agua líquida hasta que pasa al estado de vapor.
Dibuja, de una manera cualitativa, una gráfica de la temperatura frente a la cantidad de
energía suministrada en forma de calor.

Calor de vaporización (Lv), es la cantidad de energía que hay que suministrar a un

kilogramo de un líquido que está a su temperatura de ebullición para pasarlo a estado gaseoso
sin que varíe su temperatura.

Si en lugar de un kg tenemos m kg: Q = m · Lv

Ejercicio (21): Calcula la cantidad de energía que hay que suministrar a 250g de agua
líquida a 100ºC para pasarla a vapor de agua a esta temperatura. Lv = 2257200 J.

Calor de fusión (L f ), es la cantidad de energía que hay que suministrar a un kilogramo

de un sólido que está a su temperatura de fusión para pasarlo a esta do líquido sin que varíe la
temperatura.

Ejercicio (22): Calcula la cantidad de energía que hay que suministrar a 50g de hielo que
están a 0ºC para pasarlo a agua líquida a 0ºC. Lf = 334400 J/kg

Ejercicio (23): Calcula la cantidad de energía que hay que suministrar a un trozo de plomo
de 80g que está a 20ºC para que se funda.
Representa gráficamente la temperatura frente a la energía en forma de calor. tf = 334ºC ;
Lf = 22990 J/Kg ; ce = 125,4 J/KgºC

Ejercicio (24): Calcula la cantidad de energía que hay que suministrar a un trozo de hielo de
85g que está a -32ºC, para pasarlo a vapor de agua a 100ºC. Representa gráficamente la
temperatura frente al calor.
ce(hielo) = 2090 J/KgºC; Lf (hielo)=334400 J/Kg; ce(agua) = 4180 J/KgºC Lv (agua) = 2257200 J/Kg.

UNIDAD : CALOR Y TEMPERATURA 5

EJERCICIOS DE REFUERZO

1. Expresa en las demás escalas termométricas: a) 52 ºC b) 250 K

2. ¿Qué temperatura tenía una pieza de cobre de 800g si después de absorber 23340J en
forma de calor alcanza una temperatura de 90ºC? Ce(Cobre) = 389 J/kgK Sol: 15ºC

3. En un calorímetro que contiene 300g de agua a 30ºC se introducen 100g de mármol a

90ºC. Calcula la temperatura final de la mezcla.
Ce(Agua) =4180 J/kg K Ce(Mármol) = 920 J/kg K Sol : 24,78 ºC

4. En un hornillo eléctrico de 500W se pone a calentar, durante 5 min, 1kg de agua que está
a 18ºC. Si el agua absorbe el 75% de la energía producida en forma de calor, ¿qué
temperatura final alcanza? Ce(Agua) =4180 J/kg K Sol : 45ºC

5. Una bala de plomo de 20g que se mueve a 250 m/s choca contra una pared. Si el 60% de
su energía cinética se transforma en calor que es absorbido por la bala, ¿en cuánto aumenta
su temperatura? Ce(Plomo) = 125,4 J/kgK Sol: t=149,5 ºC

6. Calcula la cantidad de energía en forma de calor que hay que suministrar a una pieza de
aluminio de 20g que está a 18 ºC para fundirlo. Representa la gráfica temperatura frente a
calor.
Datos para el aluminio: Ce = 878 J/kgK ; LF = 321860 J/kg tF = 657 ºC

7. ¿Qué cantidad de energía en forma de calor hay que suministrar a un trozo de hielo de
40g que está a 0ºC para pasarlo a vapor de agua a 100ºC? Representa la gráfica
temperatura frente a calor.
Datos: Ce(Agua) = 4180 J/kgK ; Ce(Hielo) = 2090 J/kgK ; LF =3,34·10 5J/kg ; LV = 2,25·10 6 J/kg

UNIDAD : CALOR Y TEMPERATURA 6

 TABLA DE CALORES ESPECÍFICOS

Calor específico J/(kg·K) Material J/(kg·K)

(capacidad calorífica
específica) (25 °C, 1
atm=101 325 Pa)
Material
Aceite vegetal 2000 Hielo (-10 °C a 0 2093
°C)
Agua (0 °C a 100 °C) 4186 Hierro/Acero 452
Aire 1012 Hormigón 880
Alcohol etílico 2460 Latón 380
Alcohol metílico 2549 Litio 3560
Aluminio 897 Madera 420
Amoniaco (líquido) 4700 Magnesio 1023
Arena 290 Mármol 858
Asfalto 920 Mercurio 138
Azufre 730 Metano (275 K) 2191
Benceno 1750 Níquel 440
Calcio 650 Nitrógeno 1040
Cinc 390 Oro 129
Cobre 387 Oxígeno 918
Diamante 509 Plata 236
Dióxido de carbono (gas) 839 Plomo 128
Estaño 210 Potasio 750
Etilen glicol 2200 Sodio 1230
Gasolina 2220 Tejido humano 3500
Grafito 710 Tierra (típica) 1046
Granito 790 Vapor de agua 2009
o
(100 C)
Helio (gas) 5300 Vidrio (típico) 837
Hidrógeno (gas) 14267

UNIDAD : CALOR Y TEMPERATURA 7

 CALORES DE FUSIÓN Y DE VAPORIZACIÓN EN kJ/kg

Punto de Fusión Normal Calor de Fusión Lf Puntode Ebullición Normal Calor de Vaporización Lv
Sustancia
(K) (KJ/kg) (K) (KJ/kg)
Helio * * 4.216 20.9
Hidrógeno 13.84 58.6 20.26 452
Nitrógeno 63.18 25.5 77.34 201
Oxígeno 54.36 13.8 90.18 213
Etanol 159 104.2 351 854
Mercurio 234 11.8 630 272
Agua 273.15 334 373.15 2256
Azufre 392 38.1 717.75 326
Plomo 600.5 24.5 2023 871
Antimonio 903.65 165 1713 561
Plata 1233.95 88.3 2466 2336
Oro 1336.15 64.5 2933 1578
Cobre 1356 134 1460 5069

UNIDAD : CALOR Y TEMPERATURA 8