Calor y Temperatura2da parte

1. Dilatación y contracción

1.1 Efectos de la variación de temperatura en los cuerpos

Al variar la temperatura de un cuerpo son varios los efectos que este puede

experimentar. Algunos de ellos son: los cambios de fase, la incandescencia,

deformación, el aumento de tamaño (dilatación) o la disminución de tamaño

(contracción).

Botellas deformadas por calorCambios de fase

Metal fundido

incandescente

Falla producida por dilatación

Chocolate fundido

por calor

1. Dilatación y contracción

1.2 Cuerpos lineales, superficiales y volumétricos

Dentro de los efectos mencionados, nos detendremos en los cambios de tamaño

que experimentan los cuerpos cuando varía su temperatura, es decir,

estudiaremos la dilatación y contracción.

Cuerpos lineales

En la naturaleza todos los cuerpos poseen 3 dimensiones: alto, largo y ancho.

Sin embargo, en algunos cuerpos una (o dos) de esas dimensiones puede ser

mucho menor y, por tanto, despreciable respecto de las demás. Por ejemplo, en

un alambre delgado y largo, el alto y el ancho, comparados con su longitud,

pueden llegar a ser dimensiones despreciables.

Cuando un cuerpo posee una sola dimensión importante, siendo las otras dos

despreciables respecto de la primera, se dice que es un cuerpo “lineal”.

Un alambre es un cuerpo “lineal” En los cuerpos lineales, nos fijamos solo en su longitud.

1. Dilatación y contracción

Cuerpos superficiales

En cambio, otros cuerpos poseen dos dimensiones importantes (largo y ancho),

siendo la tercera (alto) despreciable respecto de las otras dos; en este caso se

dice que el cuerpo es “superficial”.

Una lámina, una hoja o una membrana, son cuerpos “superficiales”

En los cuerpos superficiales, nos interesa solo la

superficie del cuerpo.

1.2 Cuerpos lineales, superficiales y volumétricos

1. Dilatación y contracción

Cuerpos volumétricos

Cuando todas las dimensiones de un cuerpo son relevantes, no existiendo

dimensiones despreciables respecto de las demás, entonces se dice que el

cuerpo es “volumétrico”.

Un cubo, un cilindro, un balón de futbol y un microondas, son cuerpos “volumétricos”.

En los objetos volumétricos, todas las dimensiones del

cuerpo son relevantes y, por lo tanto, nos interesa su

volumen.

1.2 Cuerpos lineales, superficiales y volumétricos

¿Sabías que la torre Eiffel crece 6 [cm] en los

veranos?

1. Dilatación y contracción

1.3 Dilatación – contracción de cuerpos lineales

Dilatación - contracción lineal

En general, al variar la temperatura de un cuerpo lineal, su longitud cambiará

aumentando si esta se eleva, o disminuyendo si esta decrece. Así, el cuerpo se

dilatará al calentarse, y se contraerá al enfriarse.

Por ejemplo: en un riel de ferrocarril.

iL L T

LiL

Juntas de dilatación: sonespacios que permiten ladilatación y contracción en lasestructuras.

El espacio, medido en centímetros, que debe existir entre dos rieles de acero

de 6 [m] de longitud cada uno, si se prevé una variación de temperatura de

100 [ºC], es

(Considere que el coeficiente de dilatación lineal del acero es 11 · 10-6 [ºC]-1)

A) 0,33

B) 0,66

C) 0,99

D) 1,32

E) 1,88

B

Ejercicios

2. Capacidad calórica y calor específico

2.1 Definición

Capacidad calórica

Es la cantidad de calor que un cuerpo debe absorber o ceder para elevar o

disminuir, respectivamente, su temperatura en 1 [ºC].

La capacidad calórica se designa por C y es característica de cada cuerpo.

Mientras mayor sea la capacidad calórica del cuerpo, más costará calentarlo

o enfriarlo.

Se calcula como:

Sus unidades son:

QC

T

La capacidad calórica de la piscina es mucho

mayor que la del vaso son agua.

º º

calorías cal

Celsius C

¿Qué posee mayor capacidad calórica: el vaso con agua o la piscina con agua?

2. Capacidad calórica y calor específico

2.2 Definición

Calor específico

Se define como la capacidad calórica por unidad de masa. Es característica

de cada material y se calcula como:

Sus unidades son:

¿Quién posee mayor calor específico, el

agua del vaso o el agua de la piscina?

C Qc

m m T Q m c T

El calor específico del agua es:

1 [cal/g °C]

calorías cal

gramo º C g º C

Ambas poseen el mismo calor específico,

pues son el mismo material; agua.

La capacidad calórica de un cuerpo de 200 [g] de masa, que aumenta su

temperatura en 40 [°C] cuando se le suministran 4.000 [cal], es

A) 4.000

B) 2.000

C) 200

D) 100

E) 0,5

D

Ejercicios

º

cal

C

º

cal

C

º

cal

C

º

cal

C

º

cal

C

Si el calor específico del acero es 0,12 , la cantidad de calor

necesaria para que 400 [g] de acero pasen de 20 [°C] a 100 [°C] es

A) 3.840 [cal]

B) 4.350 [cal]

C) 4.520 [cal]

D) 4.800 [cal]

E) 5.500 [cal]

A

Ejercicios

º

cal

g C

3.1 Definición

Al aislar dos cuerpos a distinta temperatura, fluirá calor desde el cuerpo más

caliente (quien cederá calor, enfriándose) hacia el cuerpo más frío (quien

absorberá calor, calentándose) hasta que sus temperaturas se igualen; cuando

esto suceda, el sistema se encontrará en equilibrio térmico.

3. Equilibrio térmico

Calor

4. Principio calorimétrico de mezclas

4.1 Definición

Al mezclar dos materiales a distinta temperatura en un sistema en donde el

calor no pueda entrar ni escaparse hacia el exterior (sistema adiabático), todo

el calor cedido por el material a mayor temperatura será completamente

absorbido por aquel a menor temperatura.

cedido absorbidoQ Q 0

1 1 eq 1 2 2 eq 2m c T T +m c T T 0

1 1 1 1Q m c T 2 2 2 2Q m c T

Material más frío.Material más

caliente.

Un recipiente de capacidad térmica despreciable contiene 100 [g] de agua a una

temperatura de 20 [°C]. Si al interior del mismo se vierten 200 [g] de agua a

80 [°C], la temperatura final de la mezcla es

A) 40 [°C]

B) 50 [°C]

C) 60 [°C]

D) 70 [°C]

E) 80 [°C]

C

Ejercicios