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Aprendizajes esperados Comprender los conceptos de calor y temperatura. Reconocer las distintas formas de transmisión del calor. Reconocer las distintas escalas termométricas. Identificar la dilatación de los cuerpos. Comprender el fenómeno de la Anomalía del Agua.

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Aprendizajes esperados

• Comprender los conceptos de calor y temperatura.

• Reconocer las distintas formas de transmisión del calor.

• Reconocer las distintas escalas termométricas.

• Identificar la dilatación de los cuerpos.

• Comprender el fenómeno de la Anomalía del Agua.

1.1 Definición

Calor

Se define como la energía en tránsito

que fluye, natural y espontáneamente,

desde un cuerpo o sistema más caliente

hacia otro más frio.

Es una magnitud escalar y se mide en:

S.I.: [joule] = [J]C.G.S.: [ergio] = [erg]

También se suele expresar en

[calorías] = [cal].

Temperatura

Se puede decir que es una medida de la

energía cinética promedio de las

partículas de un cuerpo o sistema.

Mientras más se muevan (vibren) las

partículas de un cuerpo, mayor será su

“temperatura”.

Es una magnitud escalar y se puede

expresar en grados Celsius, Fahrenheit o

kelvin.

1. Calor y temperatura

Calor y temperatura

Escala Celsius

Creada en 1742 por el sueco Anders

Celsius. En esta escala, a la temperatura

de fusión del hielo se le asigna el 0 [ºC], y

a la temperatura de ebullición del agua se

le asigna el valor 100 [ºC].

La temperatura de un cuerpo puede expresarse según diferentes escalas termométricas.

Las más usadas son: Celsius, Fahrenheit y kelvin.

5( 32)

9C FT T

Escala Fahrenheit

Creada en 1724 por Gabriel Fahrenheit

(alemán); en esta escala, la temperatura

de fusión del hielo corresponde a 32 [ºF],

y la temperatura de ebullición del agua

corresponde a 212 [ºF].

ebullición

del agua

Tº fusión

del hielo

Escalas termométricas

Calor y temperatura

Escala kelvin o absoluta

Creada en 1848 por el británico William Thomson (lord Kelvin). La escala absoluta

incluye la temperatura teórica más baja posible, el cero absoluto o 0 [kelvin] .

En esta escala, la temperatura de fusión del hielo corresponde, aproximadamente, al

273 [K], y la de ebullición del agua al 373 [K].

273K CT T

Escalas termométricas

Tº ebullición

del agua

Tº fusión del

hielo

Cero absoluto

¿A cuántos grados Celsius equivalen, respectivamente, 0 [K], 100 [K] y

273 [K]?

A) 0, 100 y 273

B) 0, 173 y 273

C) 0, -173 y -273

D) -273, -173 y 0

E) -273, 373 y 546

DAplicación

Ejercicios

El calor puede transmitirse de tres formas distintas, que dependerá del medio

por el cual se propague.

Transmisión del calor

Formas de transmisión del calor

Conducción

El calor (energía) se transmite de

una partícula a otra, avanzando

paulatinamente por el material.

Esta forma de propagación del calor

ocurre solo en los sólidos.

En el interior

de la Tierra

Convección

Corresponde a la transmisión del calor en los

fluidos (líquidos y gases), debido a corrientes

cálidas ascendentes y frías descendentes.

Transmisión del calor

Formas de transmisión del calor

Corrientes cálidas

ascendentes

Corrientes frías

descendentes

En la atmósfera

En una lámpara de

magma

Radiación

Corresponde a la transmisión del calor por medio de ondas

electromagnéticas (principalmente del espectro infrarrojo), pudiendo viajar

grandes distancias a través del vacío, sin calentar el espacio intermedio.

Transmisión del calor

Formas de transmisión del calor

Fotografía térmica: los seres

vivos irradiamos calor

Respecto de la transmisión del calor por convección, es correcto afirmar

que

I) se requiere de una fuente de calor para que se produzca.

II) se produce en un medio material.

III) se produce solo en los fluidos.

A) Solo I

B) Solo II

C) Solo III

D) Solo I y II

E) I, II y III

EReconocimiento

Ejercicios

Dilatación y contracción

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

Dilatación y contracción

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.

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.

Cuerpos lineales, superficiales y volumétricos

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.

Cuerpos lineales, superficiales y volumétricos

Dilatación y contracción

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: son

espacios que permiten la

dilatación y contracción en

las estructuras.

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

BAplicación

Ejercicios

Dilatación y contracción

iS S T

S

iS

Dilatación – contracción de cuerpos superficiales

Dilatación - contracción superficial

En general, al variar la temperatura de un cuerpo superficial su área o superficie

cambiará, dilatándose al calentarse o contrayéndose al enfriarse.

Por ejemplo: en una lámina delgada de metal. Las estructuras deben tener

espacio suficiente para dilatarse,

de lo contrario, pueden colapsar.

Dilatación y contracción

Dilatación volumétrica

La dilatación o contracción afecta el volumen del cuerpo; todo el cuerpo “crece

o se encoge” al variar su temperatura.

Por ejemplo: en un cubo de metal.

iV V T

iV

V¿Sabías que la torre

Eiffel crece 6 [cm] en

los veranos?

Dilatación – contracción de cuerpos volumétricos

Un líquido de coeficiente de dilatación volumétrica igual a 6,9 ∙ 10-5 [°C]-1 se

encuentra contenido en un recipiente de metal, cuyo coeficiente de dilatación

lineal es 2,3 ∙ 10-5 [°C]-1. Si el líquido llena completamente el recipiente y el

conjunto es sometido a un aumento de temperatura de 40 [°C], es correcto

afirmar que el líquido se dilatará

A) el triple de lo que lo hará el recipiente.

B) el doble que el recipiente.

C) lo mismo que el recipiente.

D) la mitad de lo que se dilatará el recipiente.

E) la tercera parte de lo que se dilate el recipiente.

CASE

Ejercicios

Anomalía del agua

El agua, una excepción

Como acabamos de ver, en general los materiales se dilatan cuando se calientan y se

contraen cuando se enfrían. Sin embargo, cuando enfriamos agua, a partir de los

4 [ºC] comienza a dilatarse, aún cuando su temperatura siga disminuyendo.

Por otro lado, si tenemos agua a 0 [ºC], al aumentar su temperatura comenzará a

contraerse, al contrario de lo esperado; esto sucederá así hasta los 4 [ºC]. A partir de

esta temperatura, el agua comienza a comportarse de manera “normal”, es decir, se

dilatará al calentarse y se contraerá al enfriarse.

Recuerda, este comportamiento anómalo del agua solo se presenta entre los

0 [ºC] y los 4 [ºC]. Volumen v/s temperatura Densidad v/s temperatura

Den

sid

ad (

g/m

L)

Temperatura (ºC)

Anomalía del agua

Dos fenómenos curiosos

Normalmente, un material en estado sólido es más

denso que en estado líquido, por lo que un sólido se

hunde en su propio líquido.

Sin embargo, ¡el hielo flota en el agua!....¿por qué?

Si ponemos agua en una botella y la dejamos en el

congelador a 0 [ºC], veremos que todo el volumen

de agua se congela.

Sin embargo, en los lagos de zonas muy frías, aun

cuando la temperatura en invierno puede alcanzar

varias decenas de grados bajo cero, solo se

congela la capa superior del agua. ¿Por qué no se

congela el lago completo? ¿Qué importancia puede

tener este fenómeno?

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.

DComprensión

Ejercicios