Download - Conceptos de Fisica 3
CENTRO DE BACHILLERATO TECNOLOGICO INDUSTRIAL Y DE SERVICIOS
NO.243
Nombre del alumno:
Efrén David Díaz López
Especialidad:
“ofimática”
Nombre de la materia:
Física II
Temas del trabajo:
Termología.
Temperatura.
Calor.
Escalas termométricas y dilatación.
Cantidad de calor.
Nombre del facilitador de la materia:
Ing. Maugro Joseim Gómez Roblero
Fecha de entrega:
25 de noviembre de 2015 Motozintla de Mendoza, Chiapas
INDICE
Introducción……………………………………………………………..………1
Termología...……………………………………………………...………...….2
Temperatura………………………………………………………….………...4
Calor……...……………...………………………………………………….…..9
Escalas termométricas……………………………………………………….14
Dilatación……..…………………..………………………………….…….….18
Cantidad de calor.....……………………………………....…………………24
Conclusiones………………………………………………………………….26
Referencias consultadas……………………………..................................28
OBJETIVOS
Objetivo general: En este trabajo de investigación que realizare sobre el cual mencionare los temas de
física que son de Termología, Temperatura, Calor, Escalas termométricas y
dilatación, Cantidad de calor, buscare y obtendré información de los temas ya
mencionados en páginas de internet, con el único propósito de adquirir buena
información y una buena retroalimentación a mis conocimientos, porque es algo muy
importante en la vida cotidiana conocer estos temas y ya que en un momento nos
puede ser de gran utilidad para satisfacer nuestras necesidades.
Objetivos específicos:
Realizar ejercicios en base a los temas ya mencionados.
Adquirir una buena retroalimentación para mejorar mis conocimientos.
Obtener información en varias páginas de internet para complementar bien la
información de cada tema
Verificar si la información concuerda con el tema.
Realizar un buen trabajo.
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INTRODUCCION
En este trabajo conoceremos algunos de los temas de física, que es de Termología,
Temperatura, Calor, Escalas termométricas y dilatación, Cantidad de calor, esta
investigación es con el objetivo de que podamos adquirir una buena
retroalimentación a nuestros conocimientos de física, ya que conoceremos a fondo
de cada uno de los temas ya mencionados como es la definición, y más que nada
comprender de que trata así también las fórmulas de cada una de ellos, y también
veremos algunos ejercicios para así saber cómo es que se desarrolla las formulas,
para así no cometer error alguno en nuestros resultados, ya que estos temas sin
darnos cuenta se ve en nuestro alrededor en la vida cotidiana, por eso es importante
saber de esto ya que puede satisfacer necesidades en algún momento dado.
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CONCEPTOS DE FÍSICA
1. TERMOLOGÍA
1.1Concepto
La termología (termo = calor, logia = estudio) es la parte de la física que estudia el
calor y sus efectos sobre la materia. Conociendo esto podemos afirmar que la
termología es el estudio de la temperatura que presentan los cuerpos que conforman
al mundo. Siendo entonces la termología el estudio de la temperatura se debe tener
en cuenta que esta última es conocida como una magnitud física que permite
conocer cuál es el grado calórico que puede presentar un cuerpo o un sistema, es
decir, posibilita saber cuándo algo está frío o caliente, y es importante resaltar que la
temperatura está asociada a la agitación o movimiento que existe entre las moléculas
que conforman un cuerpo o sustancia, mientras mayor sea el dinamismo o
movimiento (energía cinética) de las partículas de un cuerpo, mayor será la
temperatura que presente. La termología pretende explicar cuáles son los fenómenos
en los que interviene el calor e indicar cuales son los efectos que produce en la
materia, por ejemplo teniendo agua a temperatura ambiente las moléculas que están
presente en ella interactúan entre sí pero de un modo “calmado”, al aplicarles un
aumento de temperatura (calor) estas partículas comienzan a desplazarse de
manera rápida rebotando unas con otras, esto es debido a que al calentar el cuerpo
aumenta su energía térmica (que es la agitación presente en las moléculas que
componen a un cuerpo). El rebote entre moléculas que mencionamos anteriormente
es conocido como dilatación térmica y ocurre cuando al cambiar la temperatura de
una sustancia(bien sea añadiendo frío o calor) las partículas que lo componen
necesitan mayor espacio y terminan alejándose unas de otras y aumenta el volumen
de la sustancia u objeto.
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1.2 Fórmulas de termología Escalas termométricas
Capacidad Térmica
Calor sensível
1.3 Ejercicio de termología Calcular el calor latente de un cuerpo de masa 2.3 kg que produce una fuerza de 245
N en una distancia de 12 m.
Primero se determina el trabajo que se está realizando.
W=Fd=(245 N)(12 m)=2490 J
Una vez obtenido el trabajo en Joules, se transforman a calorías con la siguiente
relación:
1 cal — 4.81 J
x cal — 2490 J
X cal= (1 cal) (2490 J)/4.81 J = 517.64 cal
Por último, el resultado del calor se sustituye en la ecuación del calor latente:
Cl= Q/m= 517.67 cal/2.3 kg=225.03 cal/kg
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2. TEMPERATURA 2.1 Concepto La temperatura es una magnitud física que refleja la cantidad de calor, ya sea de un
cuerpo, de un objeto o del ambiente. Dicha magnitud está vinculada a la noción
De que si un cuerpo esta frío es ahí cuando tiene (menor temperatura) y lo mismo si
un cuerpo está caliente es porque tiene una (mayor temperatura).
La temperatura está relacionada con toda la energía interior de
los sistemas termodinámicos, de acuerdo al movimiento de sus partículas, y
cuantifica la actividad de las moléculas de la materia: a mayor energía sensible, más
temperatura.
El estado, la solubilidad de la materia y el volumen, entre otras cuestiones, dependen
de la temperatura. En el caso del agua a presión atmosférica normal, si
se encuentra a una temperatura inferior a los 0ºC, se mostrará en estado sólido
(congelada); si aparece a una temperatura de entre 1ºC y 99ºC, se encontrará en
estado líquido; si la temperatura es de 100ºC o superior, por último, el agua
presentará un estado gaseoso (vapor)
La Temperatura es una magnitud que mide el nivel térmico o el calor que un cuerpo
posee. Toda sustancia en determinado estado de agregación (sólido, líquido o gas),
está constituida por moléculas que se encuentran en continuo movimiento. La suma
de las energías de todas las moléculas del cuerpo se conoce como energía térmica;
y la temperatura es la medida de esa energía promedio.
También la temperatura se define como una propiedad que fija el sentido del flujo de
calor, ya que éste pasa siempre del cuerpo que posee temperatura más alta al que la
presenta más baja. Cualitativamente, un cuerpo caliente tiene más temperatura que
uno frío; cuantitativamente, se suele medir la temperatura aprovechando el hecho de
que la mayoría de los cuerpos se dilatan al calentarse.
La temperatura se mide con un aparato de precisión llamado termómetro, el cual se
basa del volumen de una masa fija de fluido, que suele ser mercurio o alcohol. Estos
elementos bajan o suben en una escala graduada cuando la temperatura disminuye
o aumenta, respectivamente.
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También que nos permite conocer las temperaturas, es decir, nos da una acabada
idea de cuánto frío o calor presenta el cuerpo de una persona, un objeto o una región
determinada. Entonces, si le medimos la temperatura a un objeto caliente este tendrá
una temperatura mayor. La temperatura está íntimamente relacionada con la energía
interna del sistema termodinámico de un cuerpo, en tanto, esta energía, a su vez,
está relacionada con el movimiento de las partículas que integran ese sistema, de lo
que se desprende que a mayor temperatura de ese sistema sensible, la temperatura
de ese cuerpo u objeto será mayor.
La única y más precisa forma de medir la temperatura es a través de un termómetro,
el o los cuales pueden estar calibrados según diversas escalas de medición de la
misma. La unidad de temperatura en el sistema internacional de unidades es el
Kelvin, en tanto y fuera de un contexto científico nos encontramos con el uso de otras
escalas como ser la escala Celsius o centígrada y en aquellos países de origen
anglosajón la Fahrenheit.
Un concepto estrechamente vinculado al de la temperatura es el de sensación
térmica, porque contrariamente a lo que muchos creen el calor o el frío que
percibimos estará determinado por la sensación térmica que con la temperatura real.
Por eso en épocas de mucho frío o de mucho calor, se suele prestar más atención y
hacer mayor hincapié en la sensación de frío y de calor que impera más que en la
temperatura real que capaz no nos dice realmente lo que nuestro cuerpo siente.
Entonces, la sensación térmica es la forma en la cual el cuerpo humano percibe la
temperatura de los objetos y del entorno, aunque obviamente esta medición es
mucho más compleja y estará supeditada y permeable a diferentes sensaciones, es
posible simular en un termómetro la sensación térmica tal cual la percibe un cuerpo
humano.
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2.2 Unidades de medida Actualmente se utilizan tres escalas de temperatura; grados Fahrenheit (ºF), Celsius
(ºC) y Kelvin (ºK). En la escala Fahrenheit, que es la más utilizada en Estados
Unidos, se definen los puntos de congelación y de ebullición normales del agua
en 32 y 212 ºF, respectivamente. La escala Celsius divide en 100 grados el intervalo
comprendido entre el punto de congelación (0 ºC) y el punto de ebullición del agua
(100 ºC).
- Grados Fahrenheit (sistema internacional): este toma las divisiones entre los puntos
de congelación y evaporación de disoluciones de cloruro amónico. Así que la
propuesta de Gabriel Fahrenheit en 1724, establece el cero y el cien en las
temperaturas de congelación y evaporación del cloruro amónico en agua. Este utilizo
un termómetro de mercurio en el que introduce una mezcla de hielo triturado con
cloruro amónico a partes iguales. Esta disolución salina concentrada daba la
temperatura más baja posible en el laboratorio, por aquella época. A continuación
realizaba otra mezcla de hielo triturado y agua pura, que determina el punto 30 ºF,
que después fija en 32 ºF (punto de fusión del hielo) y posteriormente expone el
termómetro al vapor de agua hirviendo y obtiene el punto 212 ºF (punto de ebullición
del agua). La diferencia entre los dos puntos es de 180 ºF, que dividida en 180 partes
iguales determina el grado Fahrenheit.
Relación entre °C y °F:
°C = °F – 32 180
Es decir que si comparamos ambas ðT veremos que:
1 °C = 5/9 °F
Pero como estas escalas no son proporcionales, es decir, no existe un cero de
comparación absoluto, se adoptó una Escala Absoluta de Temperatura o Escala en
grados Kelvin (°K), tomándose como en 0 °K a la mínima T° a la que podía llegarse
físicamente, es decir: 0 °K == - 273,15 °C.
Vemos que esta escala es proporcional y lineal, puesto que no existe ninguna T°
menor al Cero Absoluto.
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2.3 Fórmula de temperatura
A veces hay que convertir la temperatura de una escala a otra.
Para convertir de ºC a ºF use la fórmula: ºF = ºC x 1.8 + 32.
Para convertir de ºF a ºC use la fórmula: ºC = (ºF-32) ÷ 1.8.
Para convertir de K a ºC use la fórmula: ºC = K – 273.15
Para convertir de ºC a K use la fórmula: K = ºC + 273.15.
Para convertir de ºF a K use la fórmula: K = 5/9 (ºF – 32) + 273.15.
Para convertir de K a ºF use la fórmula: ºF = 1.8 (K – 273.15) + 32.
2.4 Ejercicios de temperatura EJEMPLOS • Ejemplo 1: Convertir 100°F a grados centígrados:
°C= 5/9 (°F-32) = 5/9 (100-32) = 5/9 (68) = 5 x 68 / 9 = 37.77°C •
Ejemplo 2: Convertir 100°C a grados Fahrenheit
°F = 9/5 °C + 32 = 9/5 (100) + 32 = 9 x 100 / 5 + 32 = 180 + 32 = 212°F •
Ejemplo 3. Convertir 100°C a grados Kelvin K=
°C + 273,15 = 100 + 273,15 = 273,15 K •
Ejemplo 4: Convertir 50 grados Kelvin a grados Centígrados
°C= K – 273,15 = 50 – 273,15 = -223°C
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Ejercicio 1: Si observamos un incremento de temperatura en un termómetro de 24 ºF, ¿a cuántos
grados kelvin corresponde dicho incremento? ¿Y a cuántos centígrados?
Datos:
∆tF = 24 ºF
Consideraciones previas
Los grados de las escalas Fahrenheit y Kelvin tienen un tamaño distinto
Los grados de las escalas Kelvin y Celsius tienen igual tamaño
Solución:
Para convertir una temperatura concreta entre grados Fahrenheit y Kelvin usamos la
expresión:
T−273.155=tF−329
La expresión anterior es válida para convertir temperaturas concretas entre escalas
pero no para intervalos.
Sabiendo que ∆tF=tF2−tF1, nos queda:
∆tF=tF2−tF1=9⋅T2−273.155+32−9⋅T1−273.155−32=95(T2−T1) ⇒⇒∆tF=95(∆T)
Aplicando la expresión anterior, nos queda:
∆T=59(∆tF)=5924=13.3 K
Por otro lado, el tamaño de los grados kelvin y los grados centígrados es el mismo,
por lo que, al tratarse de una variación, podemos escribir:
∆tC=59(∆tF)=5924=13.3 ºC
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3. CALOR 3.1 Concepto El calor es aquello que siente un ser vivo ante una temperatura elevada. La física
entiende el calor como la energía que se traspasa de un sistema a otro o de un
cuerpo a otro, una transferencia vinculada al movimiento de moléculas, átomos y
otras partículas, Es importante tener en cuenta que los cuerpos no tienen calor,
sino energía interna. Cuando una parte de esta energía se transfiere de un sistema
o cuerpo hacia otro que se halla a distinta temperatura, se habla de calor. El traspaso
de calor se producirá hasta que los dos sistemas se sitúen a idéntica temperatura y
se alcance el denominado equilibrio térmico.
3.2 Cambios de fase En la naturaleza existen tres estados usuales de la materia: sólido, líquido y gaseoso.
Al aplicarle calor a una sustancia, ésta puede cambiar de un estado a otro. A estos
procesos se les conoce como cambios de fase.
Los posibles cambios de fase son:
De estado sólido a líquido, llamado fusión,
De estado líquido a sólido, llamado solidificación,
De estado líquido a gaseoso, llamado evaporación o vaporización,
De estado gaseoso a líquido, llamado condensación,
De estado sólido a gaseoso, llamado sublimación progresiva,
De estado gaseoso a sólido, llamado sublimación regresiva o deposición,
De estado gaseoso a plasma, llamado ionización.
De estado plasma a gaseoso, llamado Deionización
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3.3 Tipos de transmisión de calor El calor puede ser transmitido de tres formas distintas: por conducción, por
convección o por radiación.
1.Conducción térmica: es el proceso que se produce por contacto térmico entre dos o
más cuerpos, debido al contacto directo entre las partículas individuales de los
cuerpos que están a diferentes temperaturas, lo que produce que las partículas
lleguen al equilibrio térmico. Ej: cuchara metálica en la taza de té.
2. Convección térmica: sólo se produce en fluidos (líquidos o gases), ya que implica
movimiento de volúmenes de fluido de regiones que están a una temperatura, a
regiones que están a otra temperatura. El transporte de calor está inseparablemente
ligado al movimiento del propio medio. Ej.: los calefactores dentro de la casa.
3.Radiación térmica: es el proceso por el cual se transmite a través de ondas
electromagnéticas. Implica doble transformación de la energía para llegar al cuerpo
al que se va a propagar: primero de energía térmica a radiante y luego viceversa. Ej.:
La energía solar.
La conducción pura se presenta sólo en materiales sólidos. La convección siempre
está acompañada de la conducción, debido al contacto directo entre partículas de
distinta temperatura en un líquido o gas en movimiento. En el caso de la conducción,
la temperatura de calentamiento depende del tipo de material, de la sección del
cuerpo y del largo del cuerpo. Esto explica por qué algunos cuerpos se calientan más
rápido que otros a pesar de tener exactamente la misma forma, y que se les
entregue la misma cantidad de calor.
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3.4 Fórmulas de calor La conductividad térmica de un cuerpo está dada por:
Dónde:
=Es el calor entregado,
=Es el intervalo de tiempo durante el cual se entregó calor,
=Es el coeficiente de conductividad térmica propio del material en cuestión,
=Es la sección del cuerpo,
=Es la longitud, y
=Es el incremento en la temperatura.
El calor específico es la energía necesaria para elevar 1 °C la temperatura de un
gramo de materia. El concepto de capacidad calorífica es análogo al anterior pero
para una masa de un mol de sustancia (en este caso es necesario conocer
la estructura química de la misma).
El calor específico es un parámetro que depende del material y relaciona el calor
que se proporciona a una masa determinada de una sustancia con el incremento de
temperatura:
Dónde:
=es el calor aportado al sistema.
=es la masa del sistema.
=es el calor específico del sistema.
y =son las temperaturas inicial y final del sistema respectivamente.
=es el diferencial de temperatura.
Las unidades más habituales de calor específico son J / (kg · K) y cal / (g · °C).
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De esta forma, y recordando la definición de caloría, se tiene que el calor específico
del agua es aproximadamente:
Calor específico molar
El calor específico de una sustancia está relacionado su constitución molecular
interna, y a menudo da información valiosa de los detalles de su ordenación
molecular y de las fuerzas intermoleculares. A altas temperaturas la mayoría de
sólidos tienen capacidades caloríficas molares del orden de .
En este sentido, con frecuencia es muy útil hablar de calor específico molar denotado
por cm, y definido como la cantidad de energía necesaria para elevar la temperatura
de un mol de una sustancia en 1 grado es decir, está definida por:
Donde n indica la cantidad de moles en la sustancia presente. Esta capacidad
usualmente es función de la temperatura .
Capacidad calorífica
La capacidad calorífica de una sustancia es una magnitud que indica la mayor o
menor dificultad que presenta dicha sustancia para experimentar cambios de
temperatura bajo el suministro de calor. Se denota por , se acostumbra a medir
en J/K, y se define como:
Dado que:
De igual forma se puede definir la capacidad calórica molar como:
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3.5 Ejercicio de calor En un vaso de cobre, que pesa 1.5 kg, contiene un bloque de hielo de 10 kg a la
temperatura de -10 ºC, se inyecta 5 kg de vapor de agua a 100 ºC.
Determinar el estado de la mezcla.
Determinar la variación de entropía
Calor específico del cobre 397 J/ (kg·K). Calor de fusión del hielo 334 400 J/kg. Calor
específico del agua 4180 J/ (kg·K). Calor específico del hielo 2090 J/ (kg·K).Calor de
licuefacción del vapor del agua 2 257 200 J/kg.
Solución:
Calor necesario para convertir 10 kg de hielo a -10 ºC en agua a 100 ºC
10·2090·10+10·334 400+10·4180·100=7 733 000
Calor necesario para elevar la temperatura de 1.5 kg de cobre de -10 ºC a 100 ºC
1.5·397·110=65 505
Total: 7 733 000+65 505=7 798 505 J
Masa de agua condensada
m=7 798 5052 257 200=3.45 kg
El resto 1.54 kg queda como vapor.
Entropía
Variación de entropía cuando el agua cambia de temperatura.
ΔS=∫T1T2dQT=∫T1T2m⋅c⋅dTT=mcln (T2T1)
Variación de entropía cuando se convierten 10 kg de hielo a -10 ºC en agua a 100
ºC.
10⋅2090⋅ln273263+10⋅334 400273+10⋅4180⋅ln373273
Variación de entropía cuando se eleva la temperatura de 1.5 kg de cobre de -10 ºC a
100 ºC
1.5⋅397ln373263
Total: 26370 J/K
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Variación de entropía cuando se condensa una masa de 3.45 kg de vapor de agua
−7 798 505373=−20907 J/K
La variación total de entropía es ΔS=26370-20907=5463 J/K
4. ESCALAS TERMOMÉTRICAS Y DILATACIÓN 4.1 Concepto Existen varias escalas termométricas para medir temperaturas, relativas y absolutas.
A partir de la sensación fisiológica, es posible hacerse una idea aproximada de la
temperatura a la que se encuentra un objeto. Pero esa apreciación directa está
limitada por diferentes factores; así el intervalo de temperaturas a lo largo del cual
esto es posible es pequeño; además, para una misma temperatura la sensación
correspondiente puede variar según se haya estado previamente en contacto con
otros cuerpos más calientes o más fríos y, por si fuera poco, no es posible expresar
con precisión en forma de cantidad los resultados de este tipo de apreciaciones
subjetivas. Por ello para medir temperaturas se recurre a los termómetros.
En todo cuerpo material la variación de la temperatura va acompañada de la
correspondiente variación de otras propiedades medibles, de modo que a cada valor
de aquella le corresponde un solo valor de ésta. Tal es el caso de la longitud de una
varilla metálica, de la resistencia eléctrica de un metal, de la presión de un gas, del
volumen de un líquido, etc. Estas magnitudes cuya variación está ligada a la de la
temperatura se denominan propiedades termométricas, porque pueden ser
empleadas en la construcción de termómetros.
Para definir una escala de temperaturas es necesario elegir una propiedad
termométrica que reúna las siguientes condiciones:
La expresión matemática de la relación entre la propiedad y la temperatura debe ser
conocida.
La propiedad termométrica debe ser lo bastante sensible a las variaciones de
temperatura como para poder detectar, con una precisión aceptable, pequeños
cambios térmicos, el rango de temperatura accesible debe ser suficientemente
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grande, una vez que la propiedad termométrica ha sido elegida, la elaboración de
una escala termométrica o de temperaturas lleva consigo, al menos, dos
operaciones; por una parte, la determinación de los puntos fijos o temperaturas de
referencia que permanecen constantes en la naturaleza y, por otra, la división del
intervalo de temperaturas correspondiente a tales puntos fijos en unidades o grados.
4.2 Escalas termométricas
Escala Celsius:
Esta escala es de uso popular en los países que adhieren al Sistema Internacional
de Unidades, por lo que es la más utilizada mundialmente. Fija el valor de cero
grados para la fusión del agua y cien para su ebullición. Inicialmente fue propuesta
en Francia por Jean-Pierre Christin en el año 1743 (cambiando la división original de
80 grados de René Antoine Ferchault de Réaumur) y luego por Carlos Linneo, en
Suiza, en el año 1745 (invirtiendo los puntos fijos asignados por Anders Celsius). En
1948, la Conferencia General de Pesos y Medidas oficializó el nombre de "grado
Celsius" para referirse a la unidad termométrica que corresponde a la centésima
parte entre estos puntos.1
Para esta escala, estos valores se escriben como 100 °C y 0 °C y se leen 100 grados
Celsius y 0
Escala Fahrenheit:
En los países anglosajones se pueden encontrar aún termómetros graduados en
grado Fahrenheit (°F), propuesta por Gabriel Fahrenheit en 1724. La escala
Fahrenheit difiere de la Celsius tanto en los valores asignados a los puntos fijos,
como en el tamaño de los grados. En la escala Fahrenheit los puntos fijos son los de
ebullición y fusión de una disolución de cloruro amónico en agua. Así al primer punto
fijo se le atribuye el valor 32 y al segundo el valor 212. Para pasar de una a otra
escala es preciso emplear la ecuación:
t (°F) = (9/5) * t (°C) + 32 ó t (°C) = (5/9) * [t (°F) - 32]
Donde t (°F) representa la temperatura expresada en grados Fahrenheit y t (°C) la
expresada en grados Celsius.
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Su utilización se circunscribe a los países anglosajones y a Japón, aunque existe una
marcada tendencia a la unificación de sistemas en la escala Celsius.
Escala Kelvin o absoluta:
Se comparan las escalas Celsius y Kelvin mostrando los puntos de referencia
anteriores a 1954 y los posteriores para mostrar cómo ambas convenciones
coinciden. De color negro aparecen el punto triple del agua(0,01 °C, 273,16 K) y
el cero absoluto (-273,15 °C, 0 K). De color gris los puntos de congelamiento
(0,00 °C, 273,15 K) y ebullición del agua (100 °C, 373,15 K).
Si bien en la vida diaria las escalas Celsius y Fahrenheit son las más importantes, en
ámbito científico se usa otra, llamada "absoluta" o Kelvin, en honor a sir Lord Kelvin.
En la escala absoluta, al 0 °C le hace corresponder 273,15 K, mientras que los
100 °C se corresponden con 373,15 K. Se ve inmediatamente que 0 K está a una
temperatura que un termómetro centígrado señalará como -273,15 °C. Dicha
temperatura se denomina "cero absoluto".
Se puede notar que las escalas Celsius y Kelvin poseen la misma sensibilidad. Por
otra parte, esta última escala considera como punto de referencia el punto triple del
agua que, bajo cierta presión, equivale a 0.01 °C.
La escala de temperaturas adoptada por el Sistema Internacional de Unidades es la
llamada escala absoluta o Kelvin. En ella el tamaño de los grados es el mismo que
en la Celsius, pero el cero de la escala se fija en el - 273,15 °C. Este punto llamado
cero absoluto de temperaturas es tal que a dicha temperatura desaparece la
agitación molecular, por lo que, según el significado que la teoría cinética atribuye a
la magnitud temperatura, no tiene sentido hablar de valores inferiores a él. El cero
absoluto constituye un límite inferior natural de temperaturas, lo que hace que en la
escala Kelvin no existan temperaturas bajo cero (negativas). La relación con la
escala Celsius viene dada por la ecuación:
T (K) = t (°C) + 273,15 ó t (°C) = T (K) - 273,15
T (K) = (5/9) * [t (°F) + 459,67] ó t (°F) = (9/5) * T (K) - 459,67
Siendo T (K) la temperatura expresada en kelvin.
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4.3 Escalas en desuso
Escala Réaumur
Grado Réaumur (ºRé), en desuso. Se debe a René-Antoine Ferchault de
Réaumur (1683-1757). La relación con la escala Celsius es:
T (ºRé) = (4/5) * t (°C) ó t (°C) = (5/4) * T (ºRé)
T (ºRé) = (4/5) * [T (K) - 273,16] ó T (K) = (5/4) * T (ºRé) + 273,16
Siendo T (ºRé) la temperatura expresada en grados Réaumur.
Escala Rømer
La unidad de medida en esta escala, el grado Rømer (ºRø), equivale a 40/21 de un
Kelvin (o de un grado Celsius). El símbolo del grado Rømer es ºRø.
T (ºRø) = (21/40) * t (°C) + 7,5 ó t (°C) = (40/21) * [T (ºRø) - 7,5]
T (ºRø) = (21/40) * [T (K) - 273,16] + 7,5 ó T (K) = (40/21) * [T (ºRø) - 7,5] + 273,16
Siendo T (ºRø) la temperatura expresada en grados Rømer.
Escala Delisle
Creada por el astrónomo francés Joseph-Nicolás Delisle. Sus unidades son los
grados Delisle (o Delisle), se representan con el símbolo ºDe y cada uno vale -2/3 de
un grado Celsius o Kelvin. El cero de la escala está a la temperatura de ebullición del
agua y va aumentando según descienden las otras escalas hasta llegar al cero
absoluto a 559.725ºDe.
Escala Newton
T (ºN) = (33/100) * t (°C) ó t (°C) = (100/33) * T (ºN)
T (ºN) = (33/100) * T (K) - 273,16 ó T (K) = (100/33) * T (ºN) + 273,16
Siendo T (ºN) la temperatura expresada en grados Newton.
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5.1 DILATACIÓN 5.2 Concepto La dilatación en Física es el aumento de un cuerpo en su volumen, éste se hace más
grande (más largo o ancho, o ambas cosas).
La dilatación puede ocurrir por una variación de temperatura a presión constante.
Esto se conoce como dilatación térmica. Cuando un cuerpo sólido (sobre todo plano)
se calienta, se dilata en largo y ancho aumentando su superficie, pues el calor otorga
a sus moléculas energía, lo que las hace vibrar intensamente, necesitando entre
ellas un espacio mayor. El coeficiente medio de dilatación superficial es el aumento
de su unidad de superficie, al aumentar su temperatura en un grado. La letra griega
gamma es la que lo representa. La dilatación lineal (aumento de longitud) en un
cuerpo alargado, es proporcional al aumento de temperatura en pequeños intervalos
La dilatación de los gases es mucho mayor que la que sufren los líquidos o
los sólidos.
En un sólido las moléculas tienen una posición razonablemente fija dentro de él.
Cada átomo de la red cristalina vibra sometido a una fuerza asociada a un pozo de
potencial, la amplitud del movimiento dentro de dicho pozo dependerá de la energía
total de átomo o molécula. Al absorber calor, la energía cinética promedio de las
moléculas aumenta y con ella la amplitud media del movimiento vibracional (ya que
la energía total será mayor tras la absorción de calor). El efecto combinado de este
incremento es lo que da el aumento de volumen del cuerpo.
En los gases el fenómeno es diferente, ya que la absorción de calor aumenta la
energía cinética media de las moléculas lo cual hace que la presión sobre las
paredes del recipiente aumente. El volumen final por tanto dependerá en mucha
mayor medida del comportamiento de las paredes.
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5.3 Tipos de dilatación Dilatación Térmica
Cuando calentamos un cuerpo, aumentando su energía térmica, aumentamos el
estado de agitación de las moléculas que lo componen. Estas moléculas precisan de
mayor espacio y acaban alejándose unas de otras aumentando el volumen del
cuerpo. Este fenómeno es conocido como dilatación térmica. La dilatación térmica
ocurre no solo cuando calentamos un cuerpo, sino también cuando lo enfriamos.
Dilatación Térmica Lineal o Dilatación Lineal
En los cuerpos sólidos la dilatación ocurre en todas las direcciones, pero, esta
dilatación puede ser predominante en apenas una dirección y cuando esto sucede
tenemos una dilatación térmica lineal o apenas, dilatación lineal.
Dilatación Térmica superficial o Dilatación Superficial
En los cuerpos sólidos, la dilatación ocurre en todas las direcciones, pero esta
dilatación puede ser predominante en apenas dos direcciones y cuando esto sucede,
tenemos una dilatación térmica superficial o apenas dilatación superficial.
5.4 Fórmulas de dilatación. Dilatación lineal
Es aquella en la cual predomina la variación en una única dimensión, o sea, en el
ancho, largo o altura del cuerpo. El coeficiente de dilatación lineal, designada por αL,
para una dimensión lineal cualquiera, se puede medir experimentalmente
comparando el valor de dicha magnitud antes y después:
Donde , es el incremento de su integridad física cuando se aplica un pequeño
cambio global y uniforme de temperatura a todo el cuerpo. El cambio total de
longitud de la dimensión lineal que se considere, puede despejarse de la ecuación
anterior:
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Dónde:
α=coeficiente de dilatación lineal [°C-1]
L0 = Longitud inicial
Lf = Longitud final
T0 = Temperatura inicial.
Tf = Temperatura final
Dilatación volumétrica
Dilatación y contracción volumétrica de un gas por variación de la temperatura.
Es el coeficiente de dilatación volumétrico, designado por αV, se mide
experimentalmente comparando el valor del volumen total de un cuerpo antes y
después de cierto cambio de temperatura como, y se encuentra que en primera
aproximación viene dado por:
Experimentalmente se encuentra que un sólido isótropo tiene un coeficiente de
dilatación volumétrico que es aproximadamente tres veces el coeficiente de
dilatación lineal. Esto puede probarse a partir de la teoría de la elasticidad lineal. Por
ejemplo si se considera un pequeño prisma rectangular (de
dimensiones: Lx, Ly y Lz), y se somete a un incremento uniforme de temperatura, el
cambio de volumen vendrá dado por el cambio de dimensiones lineales en cada
dirección:
Esta última relación prueba que , es decir, el coeficiente de dilatación
volumétrico es numéricamente unas 3 veces el coeficiente de dilatación lineal de una
barra del mismo material.
Dilatación de área
Cuando un área o superficie se dilata, lo hace incrementando sus dimensiones en la
misma proporción. Por ejemplo, una lámina metálica aumenta su largo y ancho, lo
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que significa un incremento de área. La dilatación de área se diferencia de la
dilatación lineal porque implica un incremento de área.
El coeficiente de dilatación de área es el incremento de área que experimenta un
cuerpo de determinada sustancia, de área igual a la unidad, al elevarse su
temperatura un grado centígrado. Este coeficiente se representa con la letra griega
gamma (γ). El coeficiente de dilatación de área se usa para los sólidos. Si se conoce
el coeficiente de dilatación lineal de un sólido, su coeficiente de dilatación de área
será dos veces mayor:
Al conocer el coeficiente de dilatación de área de un cuerpo sólido se puede calcular
el área final que tendrá al variar su temperatura con la siguiente expresión:
Dónde:
γ=coeficiente de dilatación de área [°C-1]
A0 = Área inicial
Af = Área final
T0 = Temperatura inicial.
Tf = Temperatura final
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5.5 Ejercicio de dilatación 1.- Los rieles de una vía de tren de acero, tienen 1500 m de longitud. ¿Qué longitud
tendrá cuando la temperatura aumente de 24°C a 45°C?
Datos:
–> Longitud Inicial
–> Longitud Final –> La vamos a encontrar
–> Temperatura Inicial
–> Temperatura Final
–> Coeficiente de dilatación lineal del Acero.
Hemos elegido acero, porque el problema nos pide que sean vías del ferrocarril de
acero.
Lo único que haremos será sustituir nuestros datos, en la fórmula final.
Pero antes de sustituir, debemos saber cuál es el valor de la diferencial de
temperatura, para poder meterla en la fórmula, esa diferencial es la resta de la
temperatura más alta, con la temperatura más baja.
Ahora si, a sustituir en la fórmula.
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2.- En un experimento en laboratorio los ingenieros quieren saber la temperatura en
la que un cuerpo de plomo alcanza los 25.43 m de longitud, cuando inicialmente se
mantiene 25.34 m a una temperatura de 26°C.
Solución: El problema nos pide la temperatura final de un cuerpo de plomo cuando
éste alcanza una longitud final de 25.43, para ello vamos a considerar primeramente
nuestros datos:
–> Longitud Inicial
–> Longitud Final
–> Temperatura Inicial
–> Temperatura Final (La que vamos a encontrar)
–> Coeficiente de dilatación lineal del Plomo.
Ahora solamente tenemos que despejar nuestra fórmula en términos de la
temperatura final.
Ahora tenemos que invertir la ecuación, para mayor comodidad
Posteriormente si sabemos que
Entonces
Despejando la temperatura final:
Ahora reemplazamos nuestros datos:
Por lo que tenemos una temperatura final de 148.4772°C
Y eso nos da a entender que justamente cuando el cuerpo alcanza cierta dilatación
final de 25.34m, lo hace cuando la temperatura está a los 148.4772°C
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6. CANTIDAD DE CALOR 6.1 Concepto Cuando una sustancia se está fundiendo o evaporándose está absorbiendo cierta
cantidad de calor llamada calor latente de fusión o calor latente de evaporación,
según el caso. El calor latente, cualquiera que sea, se mantiene oculto, pero existe
aunque no se manifieste un incremento en la temperatura, ya que mientras dure la
fundición o la evaporación de la sustancia no se registrará variación de la misma.
Para entender estos conceptos se debe conocer muy bien la diferencia entre calor y
temperatura.
En tanto el calor sensible es aquel que suministrado a una sustancia eleva su
temperatura.
La experiencia ha demostrado que la cantidad de calor tomada (o cedida) por un
cuerpo es directamente proporcional a su masa y al aumento (o disminución) de
temperatura que experimenta.
6.2 Formula La expresión matemática de esta relación es la ecuación calorimétrica:
Q = m Ce ΔT.
Q= cantidad de calor (calorías)
M=masa (gramos)
Ce=calor especifico (cal/gr grados centígrados)
ΔT=variación de temperatura
Q = m Ce (Tf-Ti)
En palabras más simples, la cantidad de calor recibida o cedida por un cuerpo se
calcula mediante esta fórmula, en la cual
M= es la masa,
Ce=es el calor específico,
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Ti=es la temperatura inicial
Tf =la temperatura final.
Por lo tanto Tf – Ti = ΔT (variación de temperatura).
Nota: La temperatura inicial (Ti) se anota también como T0 o como t0.
Si Ti > Tf el cuerpo cede calor Q < 0
Si Ti < Tf el cuerpo recibe calor Q > 0
Se define calor específico (Ce) como la cantidad de calor que hay que proporcionar a
un gramo de sustancia para que eleve su temperatura en un grado centígrado. En el
caso particular del agua Ce vale 1 cal/gº C ó 4,186 J
6. 3 Ejercicio de cantidad de calor Ejercicio 1
Calcular la cantidad de calor que se requiere para transformar 100 gramos de hielo
que están a –15° C de temperatura en agua a 0° C.
Desarrollo
Para que el hielo eleve su temperatura de –15° C hasta el punto de fusión a 0° C, se
necesita una cantidad de calor que se calcula con la ecuación
Q = m Ce ΔT.
Donde
Q = calor requerido (en calorías)
Ce = Calor específico (en cal/gº C)
ΔT = variación de temperatura o Tf – Ti (en grados C)
Q1 = 100 g x 0,50 cal/g° C x 15° C = 750 calorías.
Luego, para que el hielo se funda y se tenga agua a 0° C, se aplica la ecuación
Q = mλf (el calor latente de fusión para el agua, según el cuadro anterior, es 80
cal/g) entonces:
Q2 = 100 gr x 80 cal/gr = 8.000 cal
Así, el calor total requerido es:
Q1 + Q2 = 750 cal + 8.000 cal = 8.750 calorías.
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CONCLUSION
Una vez que he terminado con este trabajo de investigación conociendo los temas de
Termología, Temperatura, Calor, Escalas termométricas y dilatación, y por
ultimo Cantidad de calor, adquirí una buena retroalimentación a mis conocimientos,
ya que en base a esta información he aprendiendo más a fondo cada uno de ellos,
así de esta manera tomando muy en cuenta las fórmulas y conociendo algunos
ejercicios para saber el procedimiento que se hace para desarrollar cada uno de los
problemas relacionados a cada tema, así también algo importante es conocer y
comprender el concepto de cada uno de estos.
Así como es la termología entendí que es parte de la física que tiene como objetivo
estudiar el calor y sus efectos sobre la materia. Es decir que la termología es el
estudio de la temperatura que presentan los cuerpos que nos rodea ya que puede
ser frio o caliente.
La temperatura es una magnitud física que refleja la cantidad de calor, ya sea de un
cuerpo, de un objeto o del ambiente. Esta magnitud está vinculada a la noción de frío
o calor es decir cuando esta un cuerpo frio (menor temperatura) y si un cuerpo
está caliente es porque tiene (mayor temperatura).
El calor es aquella energía que se traspasa de un sistema a otro o de un cuerpo a
otro, una transferencia vinculada al movimiento de moléculas, átomos y otras
partículas, así también aprendí que el calor puede transferirse de distinta forma como
es Conducción térmica, Convección térmica y Radiación térmica.
En lo que es las escalas termométricas entendí que es el que nos sirve para medir
temperaturas, pero existen varias escalas que los expresa en diferente unidad como
es grados centígrados, entre otros pero tres de los más utilizados es la escala de
Kelvin, Escala Fahrenheit, Escala Celsius.
La dilatación es cuando aumento un cuerpo en su volumen, éste se hace más
grande (más largo o ancho, o ambas cosas).
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La dilatación puede ocurrir por una variación de temperatura a presión constante, es
decir si un cuerpo esta tirado al sol las moléculas del cuerpo comienza a vibrar y a
mover y eso hace que necesiten más espacio y es ahí cuando aumenta su volumen.
La cantidad de calor es cuando una sustancia se está fundiendo o evaporándose
está absorbiendo cierta cantidad de calor llamada calor latente de fusión o calor
latente de evaporación, así también que la cantidad de calor tomada (o cedida) por
un cuerpo es directamente proporcional a su masa y al aumento (o disminución) de
temperatura que experimenta.
Gracias a esta investigación me ha hecho tener gran aprendizaje ya que conociendo
estos temas nosotros podemos ver todo lo que está a nuestro alrededor y conocerlo
en diferentes aspectos, así esta información es algo fundamental tanto en nuestra
vida cotidiana como en lo profesional.
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“BIBLIOGRAFIA”
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http://definicion.de/calor/
https://fuentesfisica.wikispaces.com/ESCALAS+TERMOM%C3%89TRICAS
http://fisicayquimicaenflash.es/eso/4eso/e_termica/e_termica02.html
http://es.thefreedictionary.com/dilataci%C3%B3n
http://definicion.de/temperatura/
http://www.profesorenlinea.com.mx/fisica/Calor_Cantidad.html
http://www.fisicanet.com.ar/fisica/termodinamica/ap03_fuentes_de_energia.php
http://es.slidhttp://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica_/estadistica/calor/calorimetro/calorimet
ro.htmleshare.net/Bladenight/cantidad-de-calor-9130540
http://definicion.de/calor/
http://www.fisicanet.com.ar/fisica/termoestatica/ap01_termoestatica.php
http://www.ejemplode.com/37-fisica/
http://fisica.laguia2000.com/termodinamica/termologia
http://mundoffisico.blogspot.mx/2012/05/la-termologia-termo-calor-logia-estudio.html
http://conceptodefinicion.de/termologia/