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Calor y Temperatura

Profesor : Rodrigo Flores Navarro

Temperatura

• La temperatura es una propiedad de los objetos, que permite decir, que tan frio o caliente esta un cuerpo. Esta directamente relacionado con la velocidad de las partículas que componen el cuerpo y por lo tanto con la energía cinética. El instrumento de medida es el termómetro,

Algunas escalas de mediciónes

Escala Celsius

• Escala basada en las propiedades del agua.

• A la temperatura del punto de congelamiento del agua, se le asigna 0ºC.

• A la temperatura del punto de ebullición del aguase le asignan 100ºC.

• No existe temperatura mas baja que -273; 15ºC, que se denomina cero absoluto.

Escala Kelvin

• Escala basada en el cero absoluto.

• Su unidad de medida es el Kelvin [K].

• El 0[K] equivale a cero actividad o agitación molecular.

• El punto de congelamiento del agua en esta escala es 273,15[K] y el punto de ebullición es 373,15[K].

• El intervalo de temperatura de 1C es del mismo tamaño que el intervalo de temperatura de 1[K].

Relación entre Escala Kelvin

• La relación entre la temperatura en grados Celsius (TC) y la temperatura en kelvin (TK), se define como:

TC + 273 = TK

¿podremos llegar a esa expresión ?Demostración:

• Para que valores las escalas de temperatura Celsius y kelvin coinciden?

a) Solo en el cero

b) Solo en 273,15

c) Solo en 100

d) Solo para valores positivos

e) Para ningún valor

• La temperatura de ebullición del nitrógeno gaseoso es de 78 K, ¿A cuanto equivale esta temperatura en grados Celsius?

a) 78

b) 178

c) 156

d) -200

e) -195

• La temperatura de un cuerpo se elevo 52 grados Celsius, ¿Cuál fue la elevación de temperatura del mismo cuerpo en grados Kelvin?

a) 325

b) 221

c) -221

d) 52

e) -273

Escala Fahrenheit

• El 0ºF corresponde a la temperatura de una mezcla en partes iguales de hielo machacado y cloruro de amonio.

• El punto de ebullición del agua en esta escala es de 212ºF y el punto de congelamiento es de 32ºF.

Escala Fahrenheit

• La relación entre temperatura en grados Celsius (TC) y la temperatura en grados Fahrenheit (TF), se define como:

TF = 9

5(TC + 32)

• Un objeto se encuentra a 133 grados Fahrenheit, ¿Cuál es su temperatura en escala Celsius?

a) 297

b) 266

c) 90

d) 180

e) 56

• Un termómetro de mercurio tiene una escala que marca 0ºX cuando la temperatura es de -20ºC y marca 240ºX para 100ºC ¿Cuántos grados X corresponden 37ºC?

a) 37

b) 74

c) 57

d) 94

e) 114

Dilatación en solidos

• En general, cuando una sustancia absorbe energía aumenta su temperatura, pudiendo dilatarse, es decir, aumentar su volumen. De lo contrario al liberar energía disminuye su temperatura y se contrae.

Dilatación lineal

• Corresponde a la variación de longitud de un cuerpo, que esta relacionada con el tipo de material. Es proporcional a la longitud inicial (Lo) y a la variación de temperatura T que experimente.

• donde α es el coeficiente de dilatación lineal para cada sustancia.

• Un puente de acero mide 1.000[m] de longitud. La mayor diferencia de temperatura es de 30ºC, ¿Cual es el aumento de longitud del puente si el coeficiente de dilatación del acero es 11x10−6º𝐶−1?

a) 0,033[cm]

b) 0,33[cm]

c) 3,3[cm]

d) 33[cm]

e) 330[cm]

• Dos tiras, una de cobre y otra de fierro se encuentran soldadas, como se muestra en la figura a 20 ºC. Sabiendo que el coeficiente de dilatación térmica del cobre es mayor que el del fierro, a 100ºC, podríamos decir que:

a) El extremo libre se doblara hacia A.

b) El extremo libre se doblara hacia B.

c) Las dos tiras se dilataran sin doblarse.

d) Las dos tiras se van a contraer sin doblarse.

• En la figura mostrada determinar la temperatura que debe incrementarse a ambas barras para que justamente se junten.

a) 60

b) 45

c) 50

d) 70

e) 30

Dilatación volumétrica

• Corresponde a la variación del volumen de un cuerpo a presión constante, esta es proporcional al volumen inicial Vi y a la variación de la temperatura T que experimente.

• donde β es el coeficiente de dilatación volumétrica, que es igual a 3α. La dilatación superficial es igual, pero con 2 α el coeficiente de expansión

Anomalía del agua

Al aumentar la temperatura del agua de 0ºC hasta 4ºC, su volumen disminuye y aumenta su densidad.

• Esta anomalía del agua explica que en estado solido (hielo) sea menos densa que el agua liquida a menos de 4ºC y que, por lo tanto, flote en su líquido.

• La máxima densidad del agua se tiene cuando esta se encuentra a una

temperatura de 4ºC y es igual a 1.000 𝐾𝑔

𝑚3.

• Cuando la temperatura del agua sobrepasa los 4ºC su comportamiento es común, es decir, comienza a dilatarse con el aumento de la temperatura y viceversa.

Esquema: Anomalía del agua

Calor

• El calor es la transferencia de energía entre dos cuerpos, originada por una diferencia de temperatura entre ellos, la cual representaremos con la letra Q. como es energía, su unidad de media es [J] o [Cal].

Energía interna

• Los objetos poseen energía interna, que corresponde a la energía que contienen las moléculas que forman una sustancia.

• A medida que la temperatura de una sustancia aumenta, también aumenta la agitación de sus moléculas y viceversa.

Capacidad calórica

• La capacidad para absorber o ceder calor se conoce como capacidad calórica (C) y se expresa como la relación entre el calor absorbido o cedido (Q) por un cuerpo y la variación de temperatura T que este experimenta.

Calor especifico

• El calor especifico (c) representa la energía necesaria para que una unidad de masa m de una sustancia aumente su temperatura en un grado Celsius (o kelvin) sin cambiar de estado.

• Cuando las sustancias tienen un pequeño calor especifico, significa que se ceden y reciben calor mas fácilmente

• A mayor calor especifico de un cuerpo se cumple que:

a) La rapidez de enfriamiento es mayor

b) Se enfriara mas lentamente

c) Su temperatura será mayor

d) Su temperatura será menor

e) Se fundirá con mayor rapidez

• Si el calor especifico del acero es 0,11𝑐𝑎𝑙

𝑔º𝐶, ¿que cantidad de calor se

requiere para elevar la temperatura de 0,2[Kg] de este material desde los -10ºC hasta los 50ºC?

a) 0,88[cal]

b) 8,8[cal]

c) 880[cal]

d) 1.320[cal]

e) 13.200[cal]

Calor latente

• Se denomina calor latente (L), a la cantidad de calor (Q) por unidad de masa (m) que debe ceder o extraer a una sustancia en su punto crítico para que cambie completamente de fase.

• Donde el signo positivo se usa cuando se suministra calor, de lo contrario se utiliza el signo negativo.

Calor latente del agua

• El calor de fusión del agua a 0ºC y a una presión de 1[atm] es 335𝐾𝑗

𝐾𝑔.

Con este dato se infiere que a esta presión:

a) La energía necesaria para derretir 1[Kg] de hielo a 0C es 335[KJ]

b) Al derretirse 1[Kg] de agua a 0C se liberan 335[KJ]

c) La energía de 1[Kg] de agua a 0C es 335[KJ]

d) Para solidificar 1[Kg] de agua a 0C se requieren 335[KJ]

e) La energía de 1[Kg] de hielo a 0C es 335[KJ]

Equilibrio térmico

• Si se ponen en contacto dos cuerpos que se encuentran a distinta temperatura, el cuerpo mas frio se calienta y el mas caliente se enfría. Cuando la temperatura de ambos cuerpos es la misma, se dice que han llegado a un equilibrio térmico.

• Una vez logrado el equilibrio térmico, no hay flujo neto de calor de un cuerpo a otro.

• La transferencia de energía entre dos cuerpos que se hallan en contacto térmico y se encuentran a distinta temperatura, dura hasta que:

a) Ambos alcanzan la temperatura ambiente

b) Ambos alcanzan la misma temperatura

c) Ambos se enfrían

d) Uno de ellos alcanza la temperatura ambiente

e) Uno de ellos se enfría