Temperatura y dilatación

Termodinámica – Física, Tippens 7a

LA CUARTA MAGNITUD

En cualquier ejercicio que utilice masa, longitud y tiempo.

Mientras el bloque se desliza hasta frenarse, su energía parece desaparecer, pero el bloque y la superficie que lo soporta están ligeramente más calientes.

Cuando la energía desaparece a partir del movimiento visible de los objetos y no vuelve a presentarse en forma de energía potencial visible, se nota que la temperatura se eleva.

Energía térmica

La energía térmica representa la energía interna total de un objeto: la suma de sus energías moleculares potencial y cinética.

Cuando dos objetos con diferentes temperaturas se ponen en contacto, se transfiere energía de uno a otro.

Equilibrio Térmico

Se dice que dos objetos se encuentran en equilibrio térmico si y sólo si tienen la misma temperatura.

EL calor El calor se define como la transferencia de

energía térmica debida a una diferencia de temperatura.

Distinción energía térmica y temperatura.

La medición de la temperatura

Un termómetro es un dispositivo que, mediante una escala graduada, indica su propia temperatura.

t = k*X (termómetro de variación lineal) k Constante de proporcionalidad. X Propiedad termométrica t temperatura

Un termómetro tiene una escala de temperatura:

Ei punto fijo inferior (punto de congelación) es la temperatura a la cual el agua y el hielo coexisten en equilibrio térmico bajo una presión de 1 atm.

El punto fijo superior (punto de ebullición) es la temperatura a la cual el agua y el vapor coexisten en equilibrio bajo una presión de 1 atm.

Escala de Temperatura Escala de Celsius Se asignó de forma arbitraria el número 0° al

punto de congelación y el número 100° al de ebullición.

Escala de Fahrenheit. La temperatura de congelación de una

solución de agua salada como su punto fijo inferior y le asignó el número y unidad de 0°F.

Para el punto fijo superior eligió la temperatura del cuerpo humano 98.6°F.

Conversión de °C a °F y °F a °C

- 32)

𝑡𝐹=95𝑡𝐶  + 32

𝑡𝐾=𝑡𝐶+273

C Celsius

F Fahrenheit

K Kelvin

Termómetro de Gas Todos los gases sujetos a calentamiento se

dilatan casi de la misma forma. Termómetro a presión constante. Termómetro a volumen constante.

La escala de temperatura absoluta El cero absoluto de temperatura es —273.15°C.

El punto en el que la recta corta el eje de la temperatura se llama el cero absoluto de temperatura. (En realidad, cualquier gas real se licúa antes de alcanzar ese punto.)

Dilatación lineal Con pocas excepciones, todas las sustancias

incrementan su tamaño cuando se eleva la temperatura.

A cualquier temperatura los átomos vibran con cierta frecuencia y amplitud.

A medida que la temperatura aumenta, se incrementa la amplitud (desplazamiento máximo) de las vibraciones atómicas, lo que da por resultado un cambio total en las dimensiones del sólido.

Dilatación Lineal La longitud de una barra, depende de la

dimensión original y del cambio de temperatura.

Variación de Longitud

Variación de temperatura

= (t -

Coeficiente de dilatación lineal.

Banda bimetálica Está constituida por dos láminas de metal, cada una

de ellas con diferente coeficiente de dilatación, superpuestas y soldadas entre sí.

De este modo se consigue que cuando se calientan, al dilatarse cada una de ellas de forma distinta, el conjunto se deforma.

Usado en planchas, tostadores, estufas eléctricas y otros electrodomésticos que llevan un termostato, así como en interruptores magnetotérmicos.

Dilatación superficial

El coeficiente de dilatación superficial (gama) es aproximadamente el doble del coeficientede dilatación lineal. = 2

Dilatación volumétrica

La dilatación del material calentado es la misma en todas direcciones; por tanto, el volumen de un líquido, gas o sólido tendrá un incremento en volumen predecible al aumentar la temperatura.

La dilatación anómala del agua

La dilatación irregular del agua. A medida que se aumenta la temperatura del vital líquido de 0 a 8°C, primero se contrae y después se dilata.

Los científicos que establecieron el sistema métrico definieron el kilogramo como la masa de 1000 cm3 de agua a 4°C.

Cantidad de calor

La cantidad de calor

No se trata de algo que el objeto posea, sino de algo que el mismo cede o absorbe.

El calor es simplemente otra forma de energía que puede medirse únicamente en términos del efecto que produce. La unidad de energía del SI, el joule.

La energía térmica, se puede medir con: La caloría La kilocaloría y La unidad térmica británica (.British thermal unit) o Btu.

• Una caloría (cal) es la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de un gramo de agua en un grado Celsius.

• Una kilocaloría (kcal) es la cantidad de calor necesario para elevar la temperatura de un kilogramo de agua en un grado Celsius (1 kcal = 1 000 cal).

• Una unidad térmica británica (Btu) es la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de una libra patrón (Ib) de agua en un grado Fahrenheit.

1 Ib = 454 g = 0.454 kg 1 Btu = 252 cal = 0.252 kcal

Equivalente mecánico del calor 1 cal = 4.186 J 1 kcal = 4186 J 1 Btu = 778 ft • Ib

Experimento de Joule para determinar el equivalente mecánico del calor. Al descender laspesas realizan trabajo al agitar el agua y elevar su temperatura.

La misma cantidad de calor se aplica a diferentes masas de agua. La masa mayor experimenta una menor elevación de temperatura.

Capacidad de calor específico

Comparación entre las capacidades caloríficas de cinco esferas de materiales diferentes.

Capacidad de calor específico

La capacidad calorífica de un cuerpo es la relación del calor suministrado respecto al correspondiente incremento de temperatura del cuerpo.

El calor específico de un material es la cantidad de calor necesario para elevar un grado la temperatura de una unidad de masa.

La medición del calor

Si la energía debe conservarse, decimos que el calor perdido por los cuerpos calientes debe ser igual al calor ganado por los cuerpos fríos.

Calor perdido = calor ganado

Al aplicar la ecuación general para la conservación de la energía térmica, ecuación de la cantidad de calor ganado o perdido por cada objeto se calcula: