Ciencias Físicas 2º año Prof. Manuela Varela

FICHA Nº3 DILATACIÓN TÉRMICA, TERMÓMETROS Y ESCALAS TERMOMÉTRICAS

¿QUÉ ES LA DILATACIÓN TÉRMICA?

Casi todos los sólidos se dilatan cuando aumenta su temperatura y se contraen (o encogen) al disminuir la misma. Esta dilatación o contracción es pequeña, pero sus

consecuencias pueden ser relevantes. Un puente de metal de 50 metros de largo que pase de una temperatura de 0º C a 50º C, podrá aumentar unos 12 cm de longitud y si

sus extremos fueran fijos, se producirían tensiones sumamente peligrosas. Por este motivo, se suele montarlos sobre rodillos como muestra la ilustración:

En el caso de las vías del ferrocarril, se procura dejar un espacio entre los rieles por la misma razón y este espacio es el causante del traqueteo de los vagones:

¿POR QUÉ SE DILATAN LAS SUSTANCIAS CUANDO AUMENTA LA TEMPERATURA?

Como vimos anteriormente, la temperatura no es más que la expresión del grado de agitación de las partículas de una sustancia, por lo tanto, si se transfiere calor a un

sólido se está transfiriendo energía a sus partículas y éstas, estimuladas, vibran más enérgicamente. Es cierto que las partículas no varían de volumen, pero van a tener

más espacio para moverse más y va a aumentar la distancia entre partícula y partícula, en consecuencia, el sólido se dilata. La dilatación térmica de los materiales es una

propiedad que puede aprovecharse y tiene aplicaciones industriales muy importantes.

La dilatación es mayor en los gases que en líquidos y sólidos, ya que sus partículas están más libres y separadas.

LA DILATACIÓN TÉRMICA Y LOS TERMÓMETROS

El termómetro es un instrumento que se utiliza para medir la temperatura (termo = temperatura, metro = medida). Existen diferentes tipos de termómetros según sus

usos:

PIRÓMETRO ÓPTICO: se utilizan en fábricas de vidrio y fundiciones, donde se trabaja a muy altas temperaturas (entre 700 y 3200°C), donde

la medición debe realizarse a cierta distancia. Estos termómetros se basan en la emisión de luz de ciertas sustancias al aumentar la

temperatura, la cual es captada por un sensor y el instrumento lo transforma en un determinado valor de temperatura.

TERMOCUPLAS: se utilizan a nivel industrial, para realizar mediciones en forma rápida y en lugares pequeños. Su funcionamiento se basa en

una propiedad eléctrica que cambia al variar la temperatura (son dispositivos electrónicos).

TERMÓMETROS DE LÍQUIDO: contienen un líquido cuyo volumen varía al variar la temperatura.

Estos termómetros utilizan la diferencia de dilatación entre los líquidos (cuyos coeficientes se miden en milésimas) y el recipiente sólido (que se expande por

millonésimas). Al aumentar la temperatura el líquido se dilata y al disminuir la misma, el líquido se contrae. Para que la dilatación sea más visible existe un bulbo o depósito

voluminoso de líquido y un tubo capilar muy delgado, que refleja con gran sensibilidad cualquier variación de volumen. Claro está que si el bulbo es muy grande tardará

mucho en calentarse y el termómetro será más lento.

TERMÓMETRO CLÍNICO: de uso doméstico

TERMÓMETRO DE LABORATORIO: el que vamos a utilizar en el curso

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Partes de un TERMÓMETRO DE LABORATORIO:

Partes de un TERMÓMETRO CLÍNICO:

DIFERENCIAS ENTRE EL TERMÓMETRO CLÍNICO Y TERMÓMETRO DE LABORATORIO

Diferencias en la escala (rango y apreciación)

Termómetro Rango Apreciación

Clínico 35°C a 43°C 0,1°C

Laboratorio -10°C a 150°C 1°C

Diferencias en el capilar

Clínico

El capilar cerca del bulbo se curva y se angosta más. Hay un estrangulamiento. Debido a esto el termómetro clínico es un termómetro

de máxima, ya que si bien la temperatura del termómetro disminuye, una vez que se retira de la axila, el mercurio (sustancia

termométrica) no baja. A pesar de que el mercurio se contrae, al disminuir la T, no puede pasar por el estrangulamiento por lo que

queda marcada la medida máxima de temperatura. Es necesario que el bulbo permanezca en contacto con el cuerpo para realizar la

medición

Laboratorio El capilar tiene el mismo diámetro en toda su extensión (no tiene estrangulamiento)

Tubo de vidrio exterior: tiene aproximadamente 30cm de largo. Es muy

frágil ya que es largo, fino y de vidrio, por lo cual hay que utilizarlo con cuidado

Capilar: Tubo de vidrio interior. Tiene diámetro muy pequeño y un

ensanchamiento en su extremo inferior (Capilar=proviene de la palabra cabello,

muy fino)

Bulbo: ensanchamiento del tubo capilar que funciona como depósito de la

sustancia líquida

Sustancia termométrica: es el líquido contenido en el termómetro que

generalmente es mercurio o alcohol coloreado

Escala termométrica: intervalo dividido que aparece sobre el tubo de vidrio

exterior o en una placa de plástico ubicado detrás del capilar. La unidad de

medida de la escala, la apreciación y el rango es propio de cada termómetro,

pero generalmente es en °C (grado Celsius)

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Escala: Intervalo dividido en partes iguales con valores numéricos adecuados y relacionados con una

magnitud

Escala termométrica: Escala que nos permite medir la temperatura

Escalas termométricas más utilizadas Unidad de medida Año de creación

CELSIUS ºC (grado Celsius) 1742

KELVIN K (Kelvin) 1848

FAHRENHEIT ºF (grados Fahrenheit) 1714

ESCALA CELSIUS

Esta escala se utiliza ampliamente de forma cotidiana y en el campo de la Química.

Esta escala se basó originalmente en la asignación de:

0ºC al punto de congelación del agua

100ºC al punto de ebullición en el nivel del mar (a una presión de 1 atm)

¿Cómo se obtuvo esta escala?

Anders Celsius sumergió un tubo de vidrio largo con mercurio en agua en ebullición. Al aumentar la

temperatura, el mercurio se dilata y de esta manera obtuvo la marca superior.

Luego introdujo el tubo de vidrio en un recipiente que contenía hielo y agua. Al bajar la temperatura, el

mercurio se contrae y de esta manera obtuvo la marca inferior.

Al intervalo que resultó entre ambas marcas lo dividió en 100 partes iguales y le adjudicó al la marca inferior

“=” y a la marca superior el valor “100”. Por este motivo decimos que la ESCALA CELSIUS ES UNA ESCALA

CENTÍGRADA (dividida en 100 grados).

En esta escala existen valores mayores de 100ºC y menores que 0ºC (valores negativos).

Mayor temperatura en esta escala: teóricamente no existe un límite superior de temperatura

Menor temperatura posible en esta escala: -273ºC (porque al disminuir la temperatura de una sustancia

gaseosa, su volumen también disminuye y existe u valor límite de temperatura a la cual el V=0)

Lectura correcta: 23ºC (23 grados Celsius)

Lectura incorrecta: 23ºC (23 grados centígrados)

ESCALA KELVIN

Es la escala de temperatura del Sistema Internacional de Unidades

Esta escala se basa en las propiedades de los gases

Al valor –273ºC que es la menor temperatura de la escala Celsius se le adjudica el valor 0K (valor más

pequeño de esta escala) y se le llama “cero absoluto”

Al igual que la escala Celsius, la escala Kelvin es una escala centígrada (dividida en 100 partes) y el intervalo

entre el Punto de fusión y ebullición del agua es 100K. Todos los valores en esta escala son positivos.

RELACIÓN ENTRE AMBAS ESCALAS

0ºC 273K

-273ºC 0K

Temperatura Temperatura

en Celsius en Kelvin

(t) (T)

ESCALAS TERMOMÉTRICAS

- Para pasar un valor de temperatura de ºC a K:

- Para pasar un valor de temperatura de K a ºC:

T (K) = t (ºC) + 273

t (ºC) = T (K) - 273

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ESCALA FAHRENHEIT

Es la escala termométrica más común en EEUU, pero no se emplea generalmente en estudios científicos.

Esta escala está dividida en 180 partes desde 32ºF a 212ºF, por lo tanto no es una escala centígrada

RELACIÓN ENTRE ESCALA CELSIUS Y LA ESCALA FAHRENHEIT

100ºC 212ºF

0ºC 32ºF

EJERCICIOS:

1. La temperatura ambiente promedio es aproximadamente 21ºC ¿Cuál es el valor en la escala Kelvin?

2. En la pantalla de un avión que viaja sobre las nubes aparece el dato de la temperatura exterior: -50ºc

¿a qué valor equivale esa temperatura en la escala Kelvin?

3. Calcula la temperatura en ºC correspondiente a 155K

4. Dibuja un termómetro que cumpla con los siguientes datos:

a. apreciación = 10ºC

b. rango del termómetro: de –100ºC a 200ºC

c. medida = 175ºC

5. Completa las siguientes oraciones:

i. Si una persona informa que la temperatura medida de determinado sistema es (85,5 0,5)ºC, la

apreciación del termómetro es de ................................

ii. Si en el diario aparece que la temperatura máxima para Canelones es 15ºC, la lectura de la

temperatura es..........................................................

iii. Cuando medimos la temperatura, no podemos tomar el termómetro por el bulbo

porque.................................................................................................................................................................................

.............................................................................................................................................................................................

6. Completa el siguiente cuadro:

Escala Celsius Escala Kelvin

150ºC

310K

15K

-25ºC

58ºC

220K

18ºC

7. Averigua cual es la temperatura del Sol y exprésala en Kelvin

8. Explica por qué las siguientes afirmaciones son incorrectas:

i. La temperatura en cierto lugar del planeta es –550ºK

ii. Cuando alguien está sano, su temperatura corporal es 36K

- Para pasar un valor de temperatura de ºC a ºF:

t (ºF) = 9/5 t (ºC) + 32

- Para pasar un valor de temperatura de ºF a ºC:

t (ºC) =( t(ºF) – 32) 5/9

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iii. La escala Fahrenheit es una escala centígrada

9. ¿Cuál temperatura es menor: 90K o –183ºC?

10. Ordena las siguientes temperaturas en orden creciente:

250K 35ºC -100ºC 45ºF 300K 80ºF 20K 30ºC

11. Seis estudiantes realizaron la lectura de la temperatura en un termómetro de laboratorio cuya

apreciación es 1ºC y registraron los siguientes valores:

a. (43 0,5)ºC b. (43,0 1)ºC c. 43,0ºC 0,5ºC

d. (43,0 0,5)º e. (43,5 0,5)ºC f. (43,5 0,5)C

a) ¿Cuál o cuáles estudiantes registraron correctamente la lectura de la temperatura?

b) ¿Qué errores cometieron los demás estudiantes?