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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)

Concepto

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ID:(15210, 0)

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)

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)

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)

Concepto

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Parámetro seleccionado

Cálculos

ID:(15228, 0)

Ecuación

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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 $

Condiciones

Variables

$Q_f$

Calor final

$J$

$Q_i$

Calor inicial

$J$

$\Delta Q$

Diferencia de calor

$J$

Relación

ID:(12772, 0)

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 ($\Delta T$) será de:

$ \Delta T = T_f- T_i$

Condiciones

Variables

$\Delta T$

Diferencia de temperatura

$K$

$T_f$

Temperatura en estado final

$K$

$T_i$

Temperatura en estado inicial

$K$

Relación

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

ID:(4381, 0)

Ecuación

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Cuando se añaden la variación de calor ($\Delta Q$) a un cuerpo, se observa un aumento de la variación de temperatura ($\Delta T$) 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 $

Condiciones

Variables

$C$

Capacidad calórica

$J/K$

$\Delta Q$

Variación de calor

$J$

$\Delta T$

Variación de temperatura

$K$

Relación

ID:(3197, 0)

Ecuación

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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 }$

Condiciones

Variables

$c$

Calor específico

$J/kg K$

$C$

Capacidad calórica

$J/K$

$M$

Masa

$kg$

Relación

ID:(3483, 0)

Ecuación

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La relación entre la variación de calor ($\Delta Q$) y la variación de la variación de temperatura ($\Delta T$) en un sólido o líquido se establece mediante la capacidad calórica ($C$), de acuerdo con la siguiente ecuación:

Al introducir el calor específico ($c$) y la masa ($M$), la ecuación se puede expresar de la siguiente manera:

$ \Delta Q = M c \Delta T$

Condiciones

Variables

$c$

Calor específico

$J/kg K$

$M$

Masa

$kg$

$\Delta Q$

Variación de calor

$J$

$\Delta T$

Variación de temperatura

$K$

Relación

Desarrollo

La variación de calor ($\Delta Q$) está relacionado con la variación de temperatura ($\Delta T$) 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$

Dado que el calor específico no depende de la cantidad de masa, su valor solamente se relaciona con el tipo de material. Esto facilita su medición, tabulación y consulta posterior para su uso.

ID:(11112, 0)

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 }$

Condiciones

Variables

Relación

Desarrollo

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)

Ecuación

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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 }$

Condiciones

Variables

Relación

Desarrollo

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:

ID:(15125, 0)