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Temperatura y calor

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La temperatura del suelo está influenciada por su capacidad calorífica y el flujo de calor que se desplaza hacia o desde la superficie del suelo. La capacidad calorífica, a su vez, varía en función de la composición del suelo y la cantidad de agua y vapor de agua que contiene.

>Modelo

ID:(2052, 0)



Mecanismos

Iframe

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Código
Concepto

Mecanismos

ID:(15210, 0)



Calor microscópico

Descripción

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El calor no es más que energía a nivel microscópico.

En el caso de un gas, se relaciona principalmente con la energía cinética de sus moléculas.

En líquidos y sólidos, debemos tener en cuenta la atracción entre los átomos, por lo que la energía potencial también desempeña un papel importante. En este caso, el calor corresponde a la energía que poseen las partículas y con la cual oscilan alrededor del punto de equilibrio definido por las demás partículas en su entorno.

ID:(118, 0)



Temperatura

Descripción

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La temperatura es el parámetro que utilizamos para medir la energía térmica contenida en un cuerpo. Dado que la energía térmica nunca puede ser negativa, es esencial trabajar con la escala de grados Kelvin, donde su punto de partida equivale a la ausencia completa de esta energía.

ID:(1009, 0)



Calor

Descripción

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El calor está estrechamente relacionado con elementos como el fuego, que eleva la temperatura del agua. El proceso de calentamiento genera movimiento, lo cual demuestra que el calor está asociado con la energía mecánica. Incluso el mango de una olla se calienta, y nuestro cuerpo es capaz de percibir esa temperatura. Además, el fuego emite radiación, la cual calienta los objetos que son irradiados.

Podemos inferir, por lo tanto, que al transferir calor a un objeto, podemos aumentar su temperatura, y que la generación de movimiento está asociada con la energía.

ID:(585, 0)



Modelo

Top

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Parámetros

Símbolo
Texto
Variable
Valor
Unidades
Calcule
Valor MKS
Unidades MKS
$c$
c
Calor específico
J/kg K
$C$
C
Capacidad calórica
$M$
M
Masa
kg

Variables

Símbolo
Texto
Variable
Valor
Unidades
Calcule
Valor MKS
Unidades MKS
$Q_f$
Q_f
Calor final
J
$Q_i$
Q_i
Calor inicial
J
$\Delta Q_s$
DQ_s
Calor suministrado al liquido o solido
J
$\Delta Q$
DQ
Diferencia de calor
J
$\Delta T$
DT
Diferencia de temperatura
K
$T_f$
T_f
Temperatura en estado final
K
$T_i$
T_i
Temperatura en estado inicial
K
$\Delta T_s$
DT_s
Variación de temperatura en un liquido o solido
K

Cálculos


Primero, seleccione la ecuación: a , luego, seleccione la variable: a

Cálculos

Símbolo
Ecuación
Resuelto
Traducido

Cálculos

Símbolo
Ecuación
Resuelto
Traducido

Variable Dado Calcule Objetivo : Ecuación A utilizar




Ecuaciones

#
Ecuación

$ c =\displaystyle\frac{ \displaystyle\sum_i c_i M_i }{ \displaystyle\sum_i M_i }$

c = @SUM( c_i * M_i , i )/@SUM( M_i , i )


$ c =\displaystyle\frac{ C }{ M }$

c = C / M


$ c = \displaystyle\frac{ g_a c_a + g_i c_i + g_c c_c + \theta_w c_w }{1+ \theta_w }$

c =( g_a * c_a + g_i * c_i + g_c * c_c + theta_w * c_w )/(1+ theta_w )


$ \Delta Q = C \Delta T $

DQ = C * DT


$ \Delta Q = M c \Delta T$

DQ = M * c * DT


$ \Delta Q = Q_f - Q_i $

DQ = Q_f - Q_i


$ \Delta T = T_f- T_i$

DT = T_f - T_i

ID:(15228, 0)



Diferencia de Calor

Ecuación

>Top, >Modelo


Si un cuerpo inicialmente posee una cantidad de calor el calor inicial ($Q_i$) y luego tiene una cantidad de calor el calor final ($Q_f$) ($Q_f > Q_i$), significa que se ha transferido calor al cuerpo el diferencia de calor ($\Delta Q$). En caso de que ($Q_f < Q_i$), el cuerpo ha cedido calor.

$ \Delta Q = Q_f - Q_i $

$Q_f$
Calor final
$J$
9839
$Q_i$
Calor inicial
$J$
9838
$\Delta Q$
Diferencia de calor
$J$
9840

ID:(12772, 0)



Diferencia de Temperatura (Kelvin)

Ecuación

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Si un sistema está inicialmente a una temperatura en estado inicial ($T_i$) y luego se encuentra a la temperatura en estado final ($T_f$), la variación de temperatura en un liquido o solido ($\Delta T_s$) será de:

$ \Delta T = T_f- T_i$

$\Delta T$
Diferencia de temperatura
$K$
6064
$T_f$
Temperatura en estado final
$K$
5237
$T_i$
Temperatura en estado inicial
$K$
5236



La diferencia de temperaturas es independiente de si se expresan en grados Celsius o Kelvin.

ID:(4381, 0)



Contenido calórico

Ecuación

>Top, >Modelo


Cuando se añaden la calor suministrado al liquido o solido ($\Delta Q_s$) a un cuerpo, se observa un aumento de la variación de temperatura en un liquido o solido ($\Delta T_s$) de manera proporcional. Por lo tanto, podemos introducir una constante de proporcionalidad la capacidad calórica ($C$), llamada capacidad térmica, que establece la siguiente relación:

$ \Delta Q = C \Delta T $

$\Delta Q_s$
Calor suministrado al liquido o solido
$J$
10151
$C$
Capacidad calórica
$J/K$
8482
$\Delta T_s$
Variación de temperatura en un liquido o solido
$K$
10152

ID:(3197, 0)



Calor específico

Ecuación

>Top, >Modelo


La capacidad calórica está relacionada con las oscilaciones a nivel microscópico, por lo que depende menos de la masa y más del número de átomos. Por esta razón, tiene sentido introducir el concepto de el calor específico ($c$), que se calcula como la capacidad calórica ($C$) por unidad de la masa ($M$), de la siguiente manera:

$ c =\displaystyle\frac{ C }{ M }$

$c$
Calor específico
$J/kg K$
5219
$C$
Capacidad calórica
$J/K$
8482
$M$
Masa
$kg$
5215

ID:(3483, 0)



Contenido calórico en función del calor especifico

Ecuación

>Top, >Modelo


La calor suministrado al liquido o solido ($\Delta Q_s$) se puede calcular con el calor específico ($c$), la masa ($M$) y la variación de temperatura en un liquido o solido ($\Delta T_s$) mediante:

$ \Delta Q = M c \Delta T$

$c$
Calor específico
$J/kg K$
5219
$\Delta Q_s$
Calor suministrado al liquido o solido
$J$
10151
$M$
Masa
$kg$
5215
$\Delta T_s$
Variación de temperatura en un liquido o solido
$K$
10152

La calor suministrado al liquido o solido ($\Delta Q_s$) está relacionado con la variación de temperatura en un liquido o solido ($\Delta T_s$) y la capacidad calórica ($C$) de la siguiente manera:

$ \Delta Q = C \Delta T $



Donde la capacidad calórica ($C$) se puede reemplazar por el calor específico ($c$) y la masa ($M$) utilizando la siguiente relación:

$ c =\displaystyle\frac{ C }{ M }$



Por lo tanto, se obtiene:

$ \Delta Q = M c \Delta T$

ID:(11112, 0)



Calor específico de un sistema

Ecuación

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La cantidad de la capacidad calórica ($C$) en un sistema de la masa i-ésima del sistema ($M_i$) con el calor específico de la i-ésima masa ($c_i$) se puede calcular de la siguiente manera:

$C = \displaystyle\sum_i c_i M_i$



Así, obtenemos la suma total para el calor específico ($c$) calculado como:

$ c =\displaystyle\frac{ \displaystyle\sum_i c_i M_i }{ \displaystyle\sum_i M_i }$

La cantidad de la capacidad calórica ($C$) en un sistema de la masa i-ésima del sistema ($M_i$) con el calor específico de la i-ésima masa ($c_i$) se puede calcular de la siguiente manera:

$C = \displaystyle\sum_i c_i M_i$



donde la suma de las masas se obtiene como:

$M = \displaystyle\sum_i M_i$



Así, utilizando la ecuación

$ c =\displaystyle\frac{ C }{ M }$

,

podemos calcular la capacidad calórica ($C$) de la siguiente manera:

$ c =\displaystyle\frac{ \displaystyle\sum_i c_i M_i }{ \displaystyle\sum_i M_i }$

ID:(15126, 0)



Calor específico del suelo

Ecuación

>Top, >Modelo


El calor específico del suelo depende de las variables la masa seca de arena en la muestra ($M_a$), la masa seca de limo en la muestra ($M_i$) y la masa seca de arcilla en la muestra ($M_c$), además de la masa de agua en el suelo ($M_w$). En conjunto con el calor específico de la arena ($c_a$), el calor específico de la limo ($c_i$), el calor específico de la arcilla ($c_c$) y el calor específico del agua ($c_w$), estas variables permiten calcular el calor específico del suelo. En particular, podemos trabajar con las proporciones la fracción de masa de arena en la muestra ($g_a$), la fracción de masa de limo en la muestra ($g_i$), la fracción de masa de arcilla en la muestra ($g_c$) y la relación gravimétrica agua solido ($\theta_w$) y demostrar que:

$ c = \displaystyle\frac{ g_a c_a + g_i c_i + g_c c_c + \theta_w c_w }{1+ \theta_w }$

Usando las variables la masa i-ésima del sistema ($M_i$) y el calor específico de la i-ésima masa ($c_i$), podemos calcular el calor específico ($c$) del suelo mediante la siguiente ecuación:

$ c =\displaystyle\frac{ \displaystyle\sum_i c_i M_i }{ \displaystyle\sum_i M_i }$



Además, empleando las variables la masa seca de arena en la muestra ($M_a$), la masa seca de limo en la muestra ($M_i$), la masa seca de arcilla en la muestra ($M_c$) y la masa de agua en el suelo ($M_w$) junto con el calor específico de la arena ($c_a$), el calor específico de la limo ($c_i$), el calor específico de la arcilla ($c_c$) y el calor específico del agua ($c_w$), podemos obtener el calor específico (

$c$

) utilizando la siguiente fórmula:

$c=\displaystyle\frac{M_ac_a+M_ic_i+M_cc_c+M_wc_w}{M_a+M_i+M_c+M_w}$



Con las siguientes ecuaciones:

$ g_a =\displaystyle\frac{ M_a }{ M_s }$



$ g_i =\displaystyle\frac{ M_i }{ M_s }$



$ g_c =\displaystyle\frac{ M_c }{ M_s }$



$ g_a + g_i + g_c = 1$



y

$ \theta_w =\displaystyle\frac{ M_w }{ M_s }$



Luego, el calor específico ($c$) se simplifica a través de la siguiente ecuación:

$ c = \displaystyle\frac{ g_a c_a + g_i c_i + g_c c_c + \theta_w c_w }{1+ \theta_w }$



El calor específico depende principalmente del contenido de agua, pero también de la textura y, por lo tanto, de la proporción de arena, limo y arcilla en el suelo. En cualquier caso, los calores específicos de los diferentes componentes son:

Componente $c$ [J/kg K]
Arena 830
Limo 1350
Arcilla 1350
Agua 4184

ID:(15125, 0)