CALOR Y TEMPERATURACALOR Y TEMPERATURA

Profesor: Ignacio Espinoza Braz

Colegio AdventistaSubsector FísicaArica

Concepto de TemperaturaDilatación TérmicaEscalas TermométricasAnomalía del Agua

Hoy conoceremos:

Concepto de TemperaturaConcepto de Temperatura

Es la forma objetiva de expresar lo que se llama como estado térmico de un cuerpo, asignándole un valor numérico. Este estado, depende de la vibración o agitación de las partículas que forman a un cuerpo.

El grado de movimiento de las moléculas depende exclusivamente del estado de la sustancia (mientras mayor sea la separación de las partículas, mayor será su estado de agitación).

Recordemos un poco sobre:Recordemos un poco sobre:“Dilatación Térmica”“Dilatación Térmica”

Se define como el aumento de volumen que ocurre en un cuerpo debido al aumento de su temperatura.

Por lo general los sólidos, líquidos y gases se dilatan cuando aumenta la temperatura y se contraen en el caso contrario.

Por razones de un mejor estudio de este fenómeno, se clasifica en:

Dilatación Lineal Dilatación superficial Dilatación Volumétrica

Dilatación LinealDilatación Lineal

En el caso de los cuerpos cuya principal dimensión es la longitud, al aumentar su temperatura, aumenta principalmente su longitud. De ahí entonces que hablemos de dilatación lineal.

l∆0l

0l l Tα∆ = ⋅ ⋅∆

Dilatación SuperficialDilatación Superficial

Como en el caso anterior, la dilatación que experimenta cuya principal dimensión es su superficie, como en el caso de una lámina metálica.

0A A Tβ∆ = ⋅ ⋅ ∆

Dilatación VolumétricaDilatación Volumétrica

La variación del volumen de un cuerpo que absorbe calor y aumenta su temperatura desde un valor hasta una temperatura final . Como en el caso de un cubo de metal, su dilatación volumétrica es:

0TT

0V V Tγ∆ = ⋅ ⋅ ∆

Coeficientes de DilataciónCoeficientes de Dilatación

Material Coef. De Dilatación Lineal 1/°C)

Acero

Aluminio

Bronce

Cobre

Concreto

Hierro

Mercurio

Plomo

Vidrio Común

Vidrio Pirex

Zinc

611 10−×624 10−×618 10−×617 10−×612 10−×612 10−×41,8 10−×629 10−×69 10−×63,2 10−×626 10−×

Aplicación de la DilataciónAplicación de la Dilatación

Uno de los usos que se les da a este fenómeno es la elaboración de termómetros, instrumento que en su interior contienen un fluido, generalmente se utiliza el mercurio.

Escalas TermométricasEscalas Termométricas

Las escalas más conocidas son: Celsius, Fahrenheit y Kelvin (o llamada “escala absoluta”). Cada una de ellas considera 2 puntos de referencia, uno superior y otro inferior, y un número de divisiones entre estas 2 referencias.

Escala CelsiusEscala Celsius

Creada en 1742 por el Físico Anders Celsius, es la más utilizada en el mundo, su referencia inferior está basada en el punto de fusión del hielo (0°C) y la superior e el punto de ebullición del agua (100°C).

Entre estas 2 referencias existen 100 Divisiones.

Escala FahrenheitEscala Fahrenheit

En 1714 Daniel Fahrenheit creó el primer termómetro de mercurio, actualmente es utilizado en países de habla inglesa.

Esta escala tiene como referencia una mezcla de agua y sal de cloruro de amonio a partes iguales, cuya temperatura de congelación es más baja que la del agua y la de ebullición más alta. Con 180 divisiones

Escala KelvinEscala Kelvin

A diferencia de las escalas anteriores, ésta tiene un origen teórico. Fue creada en 1848 por Kelvin.

Esta escala se usa en ciencias y está basada en los principios de la termodinámica, en los que se predice la existencia de una temperatura mínima, en la cual las partículas de un sistema carecen de energía térmica. Esta temperatura en la cual las partículas carecen de movimiento se conoce como “Cero Absoluto” (0 Kelvin).

Equivalencias TermométricasEquivalencias Termométricas

Transformación de EscalasTransformación de Escalas

La transformación de la escala Fahrenheit a Celsius es de la siguiente manera:

La transformación de la escala Kelvin en Celsius es de la siguiente manera:

5 329

T Tc f

= −

273k cT T= +

Anomalía del AguaAnomalía del Agua

Sabemos que cuando una sustancia aumenta o disminuye su temperatura, ésta sufre variaciones en su volumen (dilatación o contracción)

Pero esta regla general, no es aplicable al agua., ya que constituye una excepción a la regla, la cual se denomina “Anomalía del Agua”.

Como vemos, en el gráfico. Se muestran las densidades del agua mientras varía su temperatura.

Ocurre algo extraño o anómalo entre los 0°C y los 4°C, la densidad es menor.

Esta es la razón, la cual hace que el hielo flote en el agua, ya que como este último tiene menor densidad que el agua, por ende va a flotar.

Esta anomalía es muy importante para la vida.

Estructura molecular Agua

Estructura Molecular Hielo

Ejercicios PropuestosEjercicios Propuestos

Un día de verano se registra una temperatura mínima de 10° C y una máxima de 32°C. Determine la variación térmica de ese día en grados Celsius y grados Fahrenheit.

Un objeto A tiene una temperatura de –20ºC y otro B tiene una temperatura de 40ºC, se ponen en contacto y luego de un tiempo llegan a un equilibrio térmico en 15ºC. Determine cuántos grados subió el objeto A y cuántos grados bajó el objeto B, en grados Celsius.

En un tendido eléctrico de 100 kilómetros, se tienden dos cables paralelos, uno de

aluminio y otro de cobre, la temperatura con que se colocan es de -5°C. ¿Cuál será más largo a 20°C?

Una plancha de acero tiene dimensiones 4x6 m a 10°C. Si se calienta a 68°C. ¿Cuál será su variación de superficie?

Hallar el aumento de volumen que experimentan 100 cm3 de mercurio cuando su temperatura se eleva de 10 a 35 °C.