La energía interna de un sistema termodinámico se puede cambiar de dos maneras:
- trabajando en el sistema,
- utilizando interacción térmica.
La transferencia de calor a un cuerpo no está asociada con la realización de trabajos macroscópicos sobre el cuerpo. En este caso, el cambio en la energía interna se debe al hecho de que las moléculas individuales de un cuerpo con una temperatura más alta trabajan sobre algunas moléculas de un cuerpo que tiene una temperatura más baja. En este caso, la interacción térmica se produce debido a la conductividad térmica. La transferencia de energía también es posible mediante radiación. El sistema de procesos microscópicos (no relacionados con todo el cuerpo, sino con moléculas individuales) se llama transferencia de calor. La cantidad de energía que se transfiere de un cuerpo a otro como resultado de la transferencia de calor está determinada por la cantidad de calor que se transfiere de un cuerpo a otro.
Definición
Calor es la energía que recibe (o cede) un cuerpo en el proceso de intercambio de calor con los cuerpos circundantes (medio ambiente). El símbolo del calor suele ser la letra Q.
Esta es una de las cantidades básicas en termodinámica. El calor está incluido en las expresiones matemáticas de la primera y segunda leyes de la termodinámica. Se dice que el calor es energía en forma de movimiento molecular.
El calor se puede transferir al sistema (cuerpo) o se puede extraer de él. Se cree que si se transfiere calor al sistema, entonces es positivo.
Fórmula para calcular el calor cuando cambia la temperatura.
Denotamos la cantidad elemental de calor como . Tengamos en cuenta que el elemento de calor que recibe (cede) el sistema con un pequeño cambio en su estado no es un diferencial completo. La razón de esto es que el calor es función del proceso de cambio de estado del sistema.
La cantidad elemental de calor que se imparte al sistema, y la temperatura cambia de T a T+dT, es igual a:
donde C es la capacidad calorífica del cuerpo. Si el cuerpo en cuestión es homogéneo, entonces la fórmula (1) para la cantidad de calor se puede representar como:
donde es la capacidad calorífica específica del cuerpo, m es la masa del cuerpo, es la capacidad calorífica molar, es la masa molar de la sustancia, es el número de moles de la sustancia.
Si el cuerpo es homogéneo y la capacidad calorífica se considera independiente de la temperatura, entonces la cantidad de calor () que recibe el cuerpo cuando su temperatura aumenta en una cantidad se puede calcular como:
donde t 2, t 1 temperaturas corporales antes y después del calentamiento. Tenga en cuenta que al encontrar la diferencia () en los cálculos, las temperaturas se pueden sustituir tanto en grados Celsius como en Kelvin.
Fórmula para la cantidad de calor durante las transiciones de fase.
La transición de una fase de una sustancia a otra va acompañada de la absorción o liberación de una determinada cantidad de calor, lo que se denomina calor de transición de fase.
Entonces, para transferir un elemento de materia de un estado sólido a un líquido, se le debe dar una cantidad de calor () igual a:
donde está el calor específico de fusión, dm es el elemento de masa corporal. Hay que tener en cuenta que el cuerpo debe tener una temperatura igual al punto de fusión de la sustancia en cuestión. Durante la cristalización, se libera calor igual a (4).
La cantidad de calor (calor de evaporación) necesaria para convertir un líquido en vapor se puede encontrar como:
donde r es el calor específico de evaporación. Cuando el vapor se condensa, se libera calor. El calor de evaporación es igual al calor de condensación de masas iguales de sustancia.
Unidades para medir la cantidad de calor.
La unidad básica de medida para la cantidad de calor en el sistema SI es: [Q]=J
Una unidad de calor extrasistema, que se encuentra a menudo en los cálculos técnicos. [Q]=cal (calorías). 1 cal=4,1868 J.
Ejemplos de resolución de problemas
Ejemplo
Ejercicio.¿Qué volúmenes de agua se deben mezclar para obtener 200 litros de agua a una temperatura de t = 40 C, si la temperatura de una masa de agua es t 1 = 10 C, la temperatura de la segunda masa de agua es t 2 = 60 C? ?
Solución. Escribamos la ecuación del balance de calor en la forma:
donde Q=cmt es la cantidad de calor preparada después de mezclar el agua; Q 1 = cm 1 t 1 - la cantidad de calor de una parte de agua con temperatura t 1 y masa m 1; Q 2 = cm 2 t 2 - la cantidad de calor de una parte de agua con temperatura t 2 y masa m 2.
De la ecuación (1.1) se deduce:
Al combinar partes de agua fría (V 1) y caliente (V 2) en un solo volumen (V), podemos suponer que:
Entonces obtenemos un sistema de ecuaciones:
Resolviendolo obtenemos:
La energía interna de un cuerpo puede cambiar debido al trabajo de fuerzas externas. Para caracterizar el cambio de energía interna durante la transferencia de calor, se introduce una cantidad llamada cantidad de calor y denotada como Q.
En el sistema internacional, la unidad de calor, así como de trabajo y energía, es el julio: = = = 1 J.
En la práctica, a veces se utiliza una unidad no sistémica de cantidad de calor: la caloría. 1 cal. = 4,2 J.
Cabe señalar que el término "cantidad de calor" es desafortunado. Se introdujo en un momento en el que se creía que los cuerpos contenían algún líquido ingrávido y esquivo: el contenido calórico. El proceso de intercambio de calor supuestamente consiste en el hecho de que el calor que fluye de un cuerpo a otro lleva consigo una cierta cantidad de calor. Ahora, conociendo los conceptos básicos de la teoría cinética molecular de la estructura de la materia, entendemos que no hay calorías en los cuerpos, el mecanismo para cambiar la energía interna de un cuerpo es diferente. Sin embargo, el poder de la tradición es grande y seguimos utilizando un término introducido sobre la base de ideas incorrectas sobre la naturaleza del calor. Al mismo tiempo, al comprender la naturaleza de la transferencia de calor, no se deben ignorar por completo los conceptos erróneos al respecto. Por el contrario, al establecer una analogía entre el flujo de calor y el flujo de un líquido hipotético de calórico, la cantidad de calor y la cantidad de calórico, al resolver ciertas clases de problemas, es posible visualizar los procesos en curso y correctamente resuelve los problemas. Al final, las ecuaciones correctas que describen los procesos de transferencia de calor alguna vez se obtuvieron sobre la base de ideas incorrectas sobre el calórico como portador de calor.
Consideremos con más detalle los procesos que pueden ocurrir como resultado del intercambio de calor.
Vierte un poco de agua en el tubo de ensayo y ciérralo con un tapón. Colgamos el tubo de ensayo de una varilla fijada en un soporte y colocamos una llama abierta debajo. El tubo de ensayo recibe una cierta cantidad de calor de la llama y la temperatura del líquido que contiene aumenta. A medida que aumenta la temperatura, aumenta la energía interna del líquido. Se produce un intenso proceso de vaporización. Los vapores líquidos en expansión realizan un trabajo mecánico para empujar el tapón fuera del tubo de ensayo.
Realicemos otro experimento con un modelo de cañón hecho de un trozo de tubo de latón, que está montado en un carro. Por un lado el tubo se cierra herméticamente con un tapón de ebonita a través del cual se pasa un alfiler. Los cables se sueldan al pasador y al tubo y terminan en terminales a los que se puede suministrar voltaje de la red de iluminación. El modelo de cañón es, pues, un tipo de caldera eléctrica.
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Vierte un poco de agua en el cañón del cañón y cierra el tubo con un tapón de goma. Conectemos el arma a una fuente de energía. La corriente eléctrica que pasa por el agua la calienta. El agua hierve, lo que provoca una intensa formación de vapor. La presión del vapor de agua aumenta y, finalmente, hacen el trabajo de sacar el tapón del cañón del arma.
El arma, debido al retroceso, se aleja en dirección opuesta a la expulsión del tapón.
Ambas experiencias están unidas por las siguientes circunstancias. En el proceso de calentar el líquido de diversas formas, aumentó la temperatura del líquido y, en consecuencia, su energía interna. Para que el líquido hirviera y se evaporara intensamente, era necesario seguir calentándolo.
Los vapores líquidos, debido a su energía interna, realizaban trabajo mecánico.
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Investigamos la dependencia de la cantidad de calor necesaria para calentar un cuerpo de su masa, los cambios de temperatura y el tipo de sustancia. Para estudiar estas dependencias utilizaremos agua y petróleo. (Para medir la temperatura en el experimento, se utiliza un termómetro eléctrico hecho de un termopar conectado a un galvanómetro de espejo. Una unión de termopar se introduce en un recipiente con agua fría para asegurar su temperatura constante. La otra unión de termopar mide la temperatura del líquido. en estudio).
La experiencia consta de tres series. En la primera serie, para una masa constante de un líquido específico (en nuestro caso, agua), se estudia la dependencia de la cantidad de calor necesaria para calentarlo de los cambios de temperatura. Juzgaremos la cantidad de calor que recibe el líquido del calentador (estufa eléctrica) por el tiempo de calentamiento, asumiendo que existe una relación directamente proporcional entre ellos. Para que el resultado del experimento corresponda a esta suposición, es necesario garantizar un flujo de calor estacionario desde la estufa eléctrica al cuerpo calentado. Para hacer esto, la estufa eléctrica se encendió de antemano, de modo que al comienzo del experimento la temperatura de su superficie dejara de cambiar. Para calentar el líquido de forma más uniforme durante el experimento, lo removeremos utilizando el propio termopar. Registraremos las lecturas del termómetro a intervalos regulares hasta que el punto de luz llegue al borde de la escala.
Concluyamos: existe una relación proporcional directa entre la cantidad de calor necesaria para calentar un cuerpo y el cambio en su temperatura.
En la segunda serie de experimentos compararemos las cantidades de calor necesarias para calentar líquidos idénticos de diferentes masas cuando su temperatura cambia en la misma cantidad.
Para facilitar la comparación de los valores obtenidos, se considerará que la masa de agua para el segundo experimento es dos veces menor que en el primer experimento.
Volveremos a registrar las lecturas del termómetro a intervalos regulares.
Comparando los resultados del primer y segundo experimento, se pueden sacar las siguientes conclusiones.
En la tercera serie de experimentos compararemos las cantidades de calor necesarias para calentar masas iguales de diferentes líquidos cuando su temperatura cambia en la misma cantidad.
Calentaremos aceite en una estufa eléctrica, cuya masa es igual a la masa de agua en el primer experimento. Registraremos las lecturas del termómetro a intervalos regulares.
El resultado del experimento confirma la conclusión de que la cantidad de calor necesaria para calentar un cuerpo es directamente proporcional al cambio de su temperatura y, además, indica la dependencia de esta cantidad de calor del tipo de sustancia.
Dado que en el experimento se utilizó aceite, cuya densidad es menor que la densidad del agua, y calentar el aceite a una determinada temperatura requirió menos calor que calentar agua, se puede suponer que la cantidad de calor necesaria para calentar un cuerpo depende de su densidad.
Para probar esta suposición, calentaremos simultáneamente masas iguales de agua, parafina y cobre en un calentador de potencia constante.
Después del mismo tiempo, la temperatura del cobre es aproximadamente 10 veces mayor y la parafina aproximadamente 2 veces mayor que la temperatura del agua.
Pero el cobre tiene una densidad mayor y la parafina tiene una densidad menor que el agua.
La experiencia demuestra que la cantidad que caracteriza la tasa de cambio de temperatura de las sustancias de las que están hechos los cuerpos implicados en el intercambio de calor no es la densidad. Esta cantidad se llama capacidad calorífica específica de una sustancia y se denota con la letra c.
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Se utiliza un dispositivo especial para comparar las capacidades caloríficas específicas de diferentes sustancias. El dispositivo consta de rejillas en las que se fijan una fina placa de parafina y una tira atravesada por varillas. En los extremos de las varillas se fijan cilindros de aluminio, acero y latón de igual masa.
Calentamos los cilindros a la misma temperatura sumergiéndolos en un recipiente con agua sobre una estufa caliente. Aseguramos los cilindros calientes a las rejillas y los liberamos de la sujeción. Los cilindros tocan simultáneamente la placa de parafina y, derritiendo la parafina, comienzan a hundirse en ella. La profundidad de inmersión de cilindros de la misma masa en una placa de parafina, cuando su temperatura cambia en la misma cantidad, resulta diferente.
La experiencia demuestra que las capacidades caloríficas específicas del aluminio, el acero y el latón son diferentes.
Habiendo realizado experimentos apropiados con fusión de sólidos, vaporización de líquidos y combustión de combustible, obtenemos las siguientes dependencias cuantitativas.
Para obtener unidades de cantidades específicas, se deben expresar a partir de las fórmulas correspondientes y en las expresiones resultantes sustituir unidades de calor - 1 J, masa - 1 kg, y para capacidad calorífica específica - 1 K.
Obtenemos las siguientes unidades: capacidad calorífica específica – 1 J/kg·K, otros calores específicos: 1 J/kg.
El foco de nuestro artículo es la cantidad de calor. Consideraremos el concepto de energía interna, que se transforma cuando cambia esta cantidad. También mostraremos algunos ejemplos del uso de los cálculos en la actividad humana.
Calor
Cada persona tiene sus propias asociaciones con cualquier palabra en su lengua materna. Están determinados por la experiencia personal y los sentimientos irracionales. ¿En qué sueles pensar cuando escuchas la palabra “calidez”? Una manta suave, un radiador de calefacción central que funcione en invierno, los primeros rayos de sol en primavera, un gato. O la mirada de una madre, la palabra reconfortante de una amiga, la atención oportuna.
Los físicos se refieren con esto a un término muy específico. Y muy importante, sobre todo en algunos apartados de esta compleja pero fascinante ciencia.
Termodinámica
No vale la pena considerar la cantidad de calor aisladamente de los procesos más simples en los que se basa la ley de conservación de la energía; nada quedará claro. Por lo tanto, primero recordémoslos a nuestros lectores.
La termodinámica considera cualquier cosa u objeto como una combinación de una gran cantidad de partes elementales: átomos, iones, moléculas. Sus ecuaciones describen cualquier cambio en el estado colectivo del sistema como un todo y como parte del todo cuando cambian los macroparámetros. Este último se refiere a la temperatura (indicada como T), presión (P), concentración de componentes (generalmente C).
Energía interna
La energía interna es un término bastante complejo, cuyo significado vale la pena entender antes de hablar de la cantidad de calor. Denota la energía que cambia cuando el valor de los macroparámetros de un objeto aumenta o disminuye y no depende del sistema de referencia. Es parte de la energía total. Coincide con él en condiciones en las que el centro de masa del objeto en estudio está en reposo (es decir, no hay componente cinético).
Cuando una persona siente que un objeto (digamos, una bicicleta) se ha calentado o enfriado, esto indica que todas las moléculas y átomos que componen ese sistema han experimentado un cambio en la energía interna. Sin embargo, una temperatura constante no significa que este indicador se mantenga.
Trabajo y calor
La energía interna de cualquier sistema termodinámico se puede transformar de dos formas:
- trabajando en ello;
- durante el intercambio de calor con el medio ambiente.
La fórmula para este proceso se ve así:
dU=Q-A, donde U es energía interna, Q es calor, A es trabajo.
Que el lector no se deje engañar por la sencillez de la expresión. La reordenación muestra que Q=dU+A, sin embargo, la introducción de entropía (S) lleva la fórmula a la forma dQ=dSxT.
Dado que en este caso la ecuación toma la forma diferencial, la primera expresión requiere lo mismo. A continuación, dependiendo de las fuerzas que actúan en el objeto en estudio y del parámetro que se está calculando, se deriva la relación requerida.
Tomemos una bola de metal como ejemplo de sistema termodinámico. Si lo presionas, lo arrojas, lo arrojas a un pozo profundo, entonces esto significa trabajar en él. Exteriormente, todas estas acciones inofensivas no causarán ningún daño a la pelota, pero su energía interna cambiará, aunque sea muy ligeramente.
El segundo método es el intercambio de calor. Ahora llegamos al objetivo principal de este artículo: describir cuál es la cantidad de calor. Este es un cambio en la energía interna de un sistema termodinámico que ocurre durante el intercambio de calor (consulte la fórmula anterior). Se mide en julios o calorías. Evidentemente, si sostienes la pelota sobre un encendedor, al sol o simplemente con la mano caliente, se calentará. Y luego puedes usar el cambio de temperatura para encontrar la cantidad de calor que se le comunicó.
Por qué el gas es el mejor ejemplo de un cambio en la energía interna y por qué a los escolares no les gusta la física por eso
Arriba describimos cambios en los parámetros termodinámicos de una bola de metal. No son muy perceptibles sin dispositivos especiales, y el lector sólo puede enterarse de los procesos que ocurren con el objeto. Otra cuestión es si el sistema es de gas. Presione sobre él, será visible, caliéntelo, la presión aumentará, lo bajará bajo tierra y podrá grabarlo fácilmente. Por lo tanto, en los libros de texto, el gas se utiliza con mayor frecuencia como sistema termodinámico visual.
Pero, lamentablemente, en la educación moderna no se presta mucha atención a las experiencias reales. El científico que escribe el manual metodológico comprende perfectamente lo que está en juego. Le parece que, utilizando el ejemplo de las moléculas de gas, se demostrarán adecuadamente todos los parámetros termodinámicos. Pero un estudiante que recién está descubriendo este mundo se aburre de oír hablar de un matraz ideal con un pistón teórico. Si la escuela tuviera verdaderos laboratorios de investigación y dedicara horas a trabajar en ellos, las cosas serían diferentes. Desafortunadamente, hasta ahora los experimentos se han quedado sólo en el papel. Y, muy probablemente, esta es precisamente la razón por la que la gente considera esta rama de la física algo puramente teórico, alejado de la vida e innecesario.
Por eso, decidimos utilizar como ejemplo la bicicleta ya mencionada anteriormente. Una persona presiona los pedales y trabaja sobre ellos. Además de impartir par a todo el mecanismo (gracias al cual la bicicleta se mueve en el espacio), cambia la energía interna de los materiales con los que están hechas las palancas. El ciclista presiona las manijas para girar y nuevamente hace el trabajo.
La energía interna del revestimiento exterior (plástico o metal) aumenta. Una persona sale a un claro bajo el sol brillante: la bicicleta se calienta, su cantidad de calor cambia. Se para a descansar a la sombra de un viejo roble y el sistema se enfría perdiendo calorías o julios. Aumenta la velocidad: aumenta el intercambio de energía. Sin embargo, calcular la cantidad de calor en todos estos casos arrojará un valor muy pequeño e imperceptible. Por tanto, parece que no existen manifestaciones de la física termodinámica en la vida real.
Aplicación de cálculos para cambios en la cantidad de calor.
El lector probablemente dirá que todo esto es muy educativo, pero ¿por qué nos atormentan tanto en la escuela con estas fórmulas? Y ahora daremos ejemplos en qué áreas de la actividad humana son directamente necesarios y cómo esto afecta a cualquiera en su vida cotidiana.
Primero, mira a tu alrededor y cuenta: ¿cuántos objetos metálicos te rodean? Probablemente más de diez. Pero antes de convertirse en un clip, un carro, un anillo o una memoria USB, cualquier metal se funde. Cada planta que procesa, digamos, mineral de hierro, debe comprender cuánto combustible se necesita para optimizar los costos. Y al calcular esto, es necesario conocer la capacidad calorífica de la materia prima que contiene metal y la cantidad de calor que se le debe impartir para que se lleven a cabo todos los procesos tecnológicos. Dado que la energía liberada por una unidad de combustible se calcula en julios o calorías, las fórmulas se necesitan directamente.
U otro ejemplo: la mayoría de los supermercados tienen un departamento con productos congelados: pescado, carne, fruta. Cuando las materias primas procedentes de carne animal o marisco se transforman en productos semiacabados, se debe saber cuánta electricidad consumirán las unidades de refrigeración y congelación por tonelada o unidad de producto acabado. Para hacer esto, es necesario calcular cuánto calor pierde un kilogramo de fresas o calamares cuando se enfría un grado Celsius. Y al final, esto mostrará cuánta electricidad consumirá un congelador de cierta potencia.
Aviones, barcos, trenes.
Arriba mostramos ejemplos de objetos estáticos y relativamente inmóviles a los que se les imparte una cierta cantidad de calor o a los que, por el contrario, se les quita una cierta cantidad de calor. Para los objetos que se mueven en condiciones de temperatura en constante cambio durante el funcionamiento, los cálculos de la cantidad de calor son importantes por otra razón.
Existe algo llamado "fatiga del metal". También incluye cargas máximas permitidas a una determinada tasa de cambio de temperatura. Imagínese un avión despegando de los trópicos húmedos hacia la atmósfera superior helada. Los ingenieros tienen que trabajar duro para garantizar que no se desmorone debido a las grietas en el metal que aparecen cuando cambia la temperatura. Se busca una composición de aleación que pueda soportar cargas reales y que tenga un gran margen de seguridad. Y para no buscar a ciegas, con la esperanza de tropezar accidentalmente con la composición deseada, hay que hacer muchos cálculos, incluidos aquellos que incluyen cambios en la cantidad de calor.
El proceso de transferir energía de un cuerpo a otro sin realizar trabajo se llama de intercambio de calor o transferencia de calor. El intercambio de calor se produce entre cuerpos que tienen diferentes temperaturas. Cuando se establece contacto entre cuerpos con diferentes temperaturas, parte de la energía interna se transfiere de un cuerpo con mayor temperatura a un cuerpo con menor temperatura. La energía transferida a un cuerpo como resultado del intercambio de calor se llama cantidad de calor.
Capacidad calorífica específica de una sustancia:
Si el proceso de transferencia de calor no va acompañado de trabajo, entonces, según la primera ley de la termodinámica, la cantidad de calor es igual al cambio en la energía interna del cuerpo: .
La energía promedio del movimiento de traslación aleatorio de las moléculas es proporcional a la temperatura absoluta. El cambio de energía interna de un cuerpo es igual a la suma algebraica de los cambios de energía de todos los átomos o moléculas, cuyo número es proporcional a la masa del cuerpo, por tanto el cambio de energía interna y, por tanto, la cantidad de calor es proporcional a la masa y al cambio de temperatura:
El factor de proporcionalidad en esta ecuación se llama capacidad calorífica específica de una sustancia. La capacidad calorífica específica muestra cuánto calor se necesita para calentar 1 kg de una sustancia a 1 K.
Trabajo en termodinámica:
En mecánica, el trabajo se define como el producto de los módulos de fuerza y desplazamiento por el coseno del ángulo entre ellos. El trabajo se realiza cuando una fuerza actúa sobre un cuerpo en movimiento y es igual al cambio en su energía cinética.
En termodinámica no se considera el movimiento de un cuerpo en su conjunto, estamos hablando del movimiento de partes de un cuerpo macroscópico entre sí. Como resultado, el volumen del cuerpo cambia, pero su velocidad sigue siendo cero. El trabajo en termodinámica se define de la misma manera que en mecánica, pero es igual al cambio no en la energía cinética de un cuerpo, sino en su energía interna.
Cuando se realiza trabajo (compresión o expansión), la energía interna del gas cambia. La razón de esto es: durante las colisiones elásticas de moléculas de gas con un pistón en movimiento, su energía cinética cambia.
Calculemos el trabajo realizado por el gas durante la expansión. El gas ejerce una fuerza sobre el pistón. 
, Dónde 
- presión del gas, y 
- área de superficie 
pistón Cuando el gas se expande, el pistón se mueve en la dirección de la fuerza. 
Distancia corta 
. Si la distancia es pequeña, entonces la presión del gas se puede considerar constante. El trabajo realizado por el gas es:
Dónde 
- cambio en el volumen de gas.
En el proceso de expansión del gas realiza un trabajo positivo, ya que la dirección de la fuerza y el desplazamiento coinciden. Durante el proceso de expansión, el gas libera energía a los cuerpos circundantes.
El trabajo realizado por cuerpos externos sobre un gas difiere del trabajo realizado por un gas sólo en el signo. 
, ya que la fuerza 
, que actúa sobre el gas, es opuesta a la fuerza 
, con el que el gas actúa sobre el pistón, y es igual a él en módulo (tercera ley de Newton); y el movimiento sigue siendo el mismo. Por tanto, el trabajo de las fuerzas externas es igual a:
.
Primera ley de la termodinámica:
La primera ley de la termodinámica es la ley de conservación de la energía, extendida a los fenómenos térmicos. Ley de conservación de la energía: La energía en la naturaleza no surge de la nada ni desaparece: la cantidad de energía no cambia, solo pasa de una forma a otra.
La termodinámica considera cuerpos cuyo centro de gravedad permanece prácticamente sin cambios. La energía mecánica de tales cuerpos permanece constante y sólo la energía interna puede cambiar.
La energía interna puede cambiar de dos maneras: transferencia de calor y trabajo. En el caso general, la energía interna cambia tanto debido a la transferencia de calor como al trabajo realizado. La primera ley de la termodinámica está formulada precisamente para casos tan generales:
El cambio en la energía interna de un sistema durante su transición de un estado a otro es igual a la suma del trabajo de las fuerzas externas y la cantidad de calor transferido al sistema:
Si el sistema está aislado, no se realiza ningún trabajo sobre él y no intercambia calor con los cuerpos circundantes. Según la primera ley de la termodinámica. La energía interna de un sistema aislado permanece sin cambios..
Teniendo en cuenta que 
, la primera ley de la termodinámica se puede escribir de la siguiente manera:
La cantidad de calor transferida al sistema cambia su energía interna y realiza trabajo sobre cuerpos externos por parte del sistema..
Segunda ley de la termodinámica: Es imposible transferir calor de un sistema más frío a otro más caliente sin otros cambios simultáneos en ambos sistemas o en los cuerpos circundantes.
¿Qué se calentará más rápido en la estufa: una tetera o un balde de agua? La respuesta es obvia: una tetera. Entonces la segunda pregunta es ¿por qué?
La respuesta no es menos obvia: porque la masa de agua en la tetera es menor. Excelente. Y ahora puedes vivir una experiencia física real tú mismo en casa. Para hacer esto, necesitarás dos cacerolas pequeñas idénticas, la misma cantidad de agua y aceite vegetal, por ejemplo, medio litro cada una y una estufa. Colocar cacerolas con aceite y agua al mismo fuego. Ahora solo observa qué se calentará más rápido. Si tienes un termómetro para líquidos puedes usarlo, si no, simplemente puedes probar la temperatura con el dedo de vez en cuando, solo ten cuidado de no quemarte. En cualquier caso, pronto verás que el aceite se calienta mucho más rápido que el agua. Y una pregunta más, que también se puede plasmar en forma de experiencia. ¿Qué hervirá más rápido: agua tibia o fría? Todo vuelve a ser obvio: el cálido será el primero en llegar a la meta. ¿Por qué todas estas extrañas preguntas y experimentos? Determinar la cantidad física llamada “cantidad de calor”.
cantidad de calor
La cantidad de calor es la energía que un cuerpo pierde o gana durante la transferencia de calor. Esto se desprende claramente del nombre. Al enfriarse, el cuerpo perderá una cierta cantidad de calor y, al calentarse, lo absorberá. Y las respuestas a nuestras preguntas nos mostraron ¿De qué depende la cantidad de calor? En primer lugar, cuanto mayor es la masa de un cuerpo, mayor es la cantidad de calor que se debe gastar para cambiar su temperatura en un grado. En segundo lugar, la cantidad de calor necesaria para calentar un cuerpo depende de la sustancia que lo compone, es decir, del tipo de sustancia. Y en tercer lugar, la diferencia de temperatura corporal antes y después de la transferencia de calor también es importante para nuestros cálculos. Con base en lo anterior, podemos determine la cantidad de calor usando la fórmula:
Q=cm(t_2-t_1),
donde Q es la cantidad de calor,
metro - peso corporal,
(t_2-t_1) - la diferencia entre la temperatura corporal inicial y final,
c es la capacidad calorífica específica de la sustancia, que se obtiene de las tablas correspondientes.
Usando esta fórmula, puedes calcular la cantidad de calor que es necesaria para calentar cualquier cuerpo o que este cuerpo liberará al enfriarse.
La cantidad de calor se mide en julios (1 J), como cualquier tipo de energía. Sin embargo, este valor se introdujo no hace mucho tiempo y la gente empezó a medir la cantidad de calor mucho antes. Y utilizaron una unidad que se usa ampliamente en nuestro tiempo: la caloría (1 cal). 1 caloría es la cantidad de calor necesaria para calentar 1 gramo de agua en 1 grado Celsius. Guiados por estos datos, quienes gustan de contar las calorías de los alimentos que ingieren pueden, sólo por diversión, calcular cuántos litros de agua se pueden hervir con la energía que consumen con los alimentos durante el día.