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DIFERENCIA ENTRE CALOR Y TEMPERATURA
Física de la buena
Mtro. José Alberto Verges Hedz.
¿Es lo mismo calor que temperatura?
Obvio No….
El Termómetro marca 45°C
de Temperatura, Vaya que
esta caliente el Día…
¡ Con tanto
Calor siento
que me
derrito…!!!
La temperatura es:
Una Forma de Medir el Calor
Solo es una magnitud física que
nos indica que tan caliente o fría
esta una sustancia
La Temperatura se define como
la medida de la Energía Cinética
Promedio, de las moléculas de
una sustancia
Para medir esa energía cinética se ocupan
las diferentes escalas de temperatura que
apoyadas de los TERMOMÉTROS nos dan el
valor equivalente de temperatura
Celsius o centígrados °C
Fahrenheit °F
Kelvin °K
Estas se obtuvieron como Escalas experimentales:
CONGELAMIENTO EBULLICIÓN
FORMULAS DE CONVERSIÓN DE ESCALAS TERMOMÉTRICAS
Conversión de: A Formula
Fahrenheit Celsius °𝐶 =°𝐹 − 32
1.8
Celsius Fahrenheit°𝐹 = °𝐶 1.8 + 32
Celsius KelvinK = °C + 273.15
Kelvin Celsius°C = K - 273.15
Pero….
¿Qué es el Calor?...
El Calor es una Energía…. “en transito”
Y es, la transferencia de la energía térmica que
fluye de un cuerpo con mayor temperatura
(mayor gradiente) a otro de menor temperatura
(menor gradiente)
¿Cómo se transmite el Calor?
Conducción:
Convección:
Radiación:
Formas de transmisión de
calor
Unidades del SI para el calor:
Tal como se sabe, el calor al ser una manifestación de
la Energía, tendrá también la unidad de Joules (J)
recordando que Joule = Newton*metro
Sin embargo, existen otras unidades como:
Calorias
Kilocalorias
BTU´s
Se entiende como Caloría a:
Cantidad de calor necesaria para que un gramo de
agua aumente su temperatura en 1°C
BTU´s Significa: British Thermal Unit, es la unidad en el
sistema inglés, análoga a la caloría y es, el calor necesario
para que una libra de agua aumente 1°F su temperatura
Equivalencias:
1 Kcal = 1000 Cal
1 BTU´s = 252 Cal
1 cal = 4.18 Joule
Al variar la temperatura en los cuerpos, el calor provoca
efectos como la dilatación o cambios de estado
EL CALOR COMO AGENTE PRODUCTOR DE CAMBIOS
¡Los objetos son más grandes cuando están calientes, que
cuando están fríos!
Se entiende por Dilatación el aumento de tamaño que experimenta
un cuerpo al aumentar su temperatura
La Dilatación puede ser
LINEAL
DE AREA O SUPERFICIE
VOLUMÉTRICA
Aumento de longitud
Aumento de área (largo
y ancho)
Aumento de volumen
(largo, ancho y altura)
Alambres, varillas o barras, aumentan de longitud al
elevarse la temperatura , es decir , su dilatacion lineal
Los Pisos y Banquetas por ejemplo no se pueden hacer de una
sola pieza corrida, se tiene que dejar espacios entre cuadros
para que al incidir el calor sobre ellos estos aumenten a lo
largo y ancho, es decir sufren una Dilatación de área
La dilatación Volumétrica se produce principalmente en Fluidos
como Gases y Líquidos pero también se da en cuerpos geométricos
Coeficiente de Dilatción Lineal (α)
Es el incremento de longitud que presenta una varilla de
determinada sustancia, con un largo inicial de un metro,
cuando su temperatura se eleva un grado Celsius y se
representa con la letra griega alpha α
Los coeficientes de dilatación dependen de la naturaleza de la
substancia que constituye el cuerpo, es decir como su nombre
lo indica es específico para cada cuerpo o material
Las unidades de α son: 1/°C o equivalente a °C-1
FORMULAS PARA CALCULAR LA DILATACIÓN
LINEAL, DE AREA O VOLUMÉTRICA
La dilatación tiene una forma muy similar de determinarse de
la expresión matemática solo irá cambiando el coeficiente de
Dilatación Lineal α (alpha), por el coeficiente de Dilatación de
Área 𝜸 (gamma) o el coeficiente de Dilatación Volúmetrica β
(beta)
Esto es: para Dilatación lineal:
∆𝑙 = 𝑙𝑜 1 + 𝛼∆𝑡
Recordar también que;
Por lo que la misma Formula se puede expresar como:
∆𝑙 = 𝑙𝑜 1 + 𝛼(𝑡𝑓 − 𝑡𝑜)
Para el caso de la Dilatación de área o superficial será:
∆𝐴 = 𝐴𝑜 1 + 𝜸(𝑡𝑓 − 𝑡𝑜)
Donde 𝜸 es equivalente a dos veces el coeficiente de Dilatación lineal
Es decir 𝜸 = 2α
Finalmente para el caso de la Dilatación Volumétrica será:
∆𝑉 = 𝑉𝑜 1 + βΔ𝑡
Donde β es equivalente a tres veces el coeficiente de Dilatación lineal
Es decir β = 3α
Ejemplos y Ejercicios
Ejemplo 1. 70°C equivalen a: cuantos [°F]
°𝐅 = °𝑪 𝟏. 𝟖 + 𝟑𝟐
°𝐹 = 70°𝐶 1.8 + 32 °𝐹 = 126 + 32 °𝐅 = 𝟏𝟓𝟖
Ejemplo 2. 70°F equivalen a: cuantos [°C]
°𝐂 =°𝐅 − 𝟑𝟐
𝟏. 𝟖
°𝐶 =70°𝐹 − 32
1.8°𝐶 =
38
1.8 °𝐂 = 21,1111
Ejemplo 3. 350°C equivalen a: cuantos K?
K = °𝐂 + 𝟐𝟕𝟑. 𝟏𝟓
K = 350°C + 273.15𝐊 = 𝟔𝟐𝟑. 𝟏𝟓
Ejemplo 4. 212°F equivalen a: cuantos K?
°𝐂 =°𝐅 − 𝟑𝟐
𝟏. 𝟖
°𝐶 =212°𝐹 − 32
1.8°𝐶 =
178
1.8°𝐶 = 98.8888
K = °𝐂 + 𝟐𝟕𝟑. 𝟏𝟓
K = 98.8888°C + 273.15 𝐊 = 𝟑𝟕𝟐. 𝟎𝟑𝟖𝟖
EJEMPLO 5. Un material sólido de 15m de largo, luego de ser sometido a
una variación de temperatura desde 185 °F a 298.15 K, experimentó una
contracción de 8cm ¿Cuál debe ser su coeficiente de dilatación lineal en
[°C-1]?
Datos Formulas Operaciones Resultado
lo = 15 m
to = 185°F
tf=298.15 K
lf = 8cm
α = ?
to= 85°C α=𝑙𝑓 −𝑙𝑜 −𝑙0𝑙𝑜(𝑡𝑓 − 𝑡𝑜)
tf= α=0.08 𝑚 −15𝑚 −15
15(25 −85)
8 𝑐𝑚 1 𝑚
100 𝑐𝑚= 0.08 𝑚
α= 0.03324 °C-1∆𝑙 = 𝑙𝑜 1 + 𝛼∆𝑡
°𝐂 =°𝐅 − 𝟑𝟐
𝟏. 𝟖
°𝐂 = 𝐊 − 𝟐𝟕𝟑. 𝟏𝟓
𝟏𝟖𝟓°𝐅 −𝟑𝟐
𝟏.𝟖=
𝟐𝟗𝟖. 𝟏𝟓°𝐊 − 𝟐𝟕𝟑. 𝟏𝟓= 25
EJEMPLO 6. Una placa cuadrada de cobre mide 5 cm de
lado a 20 °C y se calienta hasta 248 °F. ¿Cuál es el
incremento en el área de la placa de cobre? Considere el
α del cobre igual a 17 X 10-6 1/°C
Datos Formulas Operaciones Resultado
lo = 5 cm
to = 20°C
tf= 248°F
lf = ?
α =17 X 10-6 1/°C
A = l25 𝑐𝑚 1𝑚
100 𝑐𝑚= 0.05 𝑚 𝜸 = 2α 𝜸 = 2(17 𝑥 10−6)
A = 0.052 m
∆𝐴 = 𝐴 = 2.5 𝑥 10−3 1 + 3.4 𝑥 10−5(120 − 20)
∆𝐴 =3.35 x10-3
Af = ∆𝐴+ Ao
Af = 5.85 x 10-3
M2
∆𝐴 = 𝐴𝑜 1 + 𝜸∆𝑡
°𝐂 =°𝐅 − 𝟑𝟐
𝟏. 𝟖°𝐂 =
𝟐𝟒𝟖°𝐅 −𝟑𝟐
𝟏.𝟖= 120°C
EJERCICIOS PROPUESTOS30°C equivalen a °F y a °K
440 °F equivalen a K
100 K equivalen a °F
-80°F equivalen a °C
Al medir la temperatura de un líquido con dos termómetros diferentes, uno en
Celsius y otro en Fahrenheit, ambos registraron la misma temperatura. Esa temperatura registrada en °C corresponde a?
Al aumentar la temperatura de una sustancia, aumenta la energía cinética
de las moléculas que la forman, provocando un aumento de su volumen, a esto se le conoce como?
.
Un líquido se encuentra contenido en un recipiente de metal. Si el liquido llena completamente
el recipiente y el conjunto es sometido a un aumento de temperatura de 40 ºC, es correcto
afirmar que
a) el líquido se derrama. b) el líquido no se derrama. c) el líquido no se dilata. d) el
recipiente no se dilata. e) ninguna de las anteriores
Si se tiene un líquido desconocido a 0°C y se le aplica calor esperaríamos que el líquido
a) se dilate. b) se contraiga. c) mantenga su volumen. d) se dilate o se contraiga,
nunca mantenga su volumen. e) se contraiga o mantenga su volumen, nunca se dilate
La longitud de una varilla de acero a 20 º C es de 4m ¿a que temperatura su
longitud seria de 4.0755m 2 si el α acero = 11.5 x 10 -6
Una barra de acero de 5 m cambia su temperatura de 25 ºC a 155ºF determina su longitud final α acero
= 11x10 -6
La longitud de un puente es de aproximadamente 1km. Determinar el incremento de la
longitud, que alcanza en un día de verano en que la temperatura aumenta de 60°F hasta
156°F y la longitud que alcanza en un día de invierno donde la temperatura va de 32°F a -20°F
( α = 12x10-6℃-1)
El área de una barra de acero es de 30 mm2. Determina el Áreá que se contraerá cuando
disminuye la temperatura desde 350°C hasta la temperatura de 20°C. αfe = 13x10-6 ℃-1
Una esfera de cobre tiene un volumen de 2500 cm 3 a 68°F y se calienta hasta 194°F
considerando el coeficiente de dilatación del cobre es ( αCu = 1.83x10-5℃-1) determinar:
a) ¿El volumen final del tubo de cobre?
b) ¿La dilatación cubica del tubo?
