01 f1 termometria y dilatacion ed
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Física 1
Contenido
• Temperatura y Calor• Termodinámica• Movimiento Oscilatorio• Ondas• Óptica
Unidad 1
Temperatura y Calor
Termología
Temperatura
La temperatura denota lo caliente o frío que esta un objeto.
¿Qué nos indica la temperatura?
Influencia de la temperatura
Muchas propiedades de la materia cambian con la temperatura:
• Los materiales se expanden.
• La resistencia eléctrica varía.
• Los materiales cambian de color.
Termómetro
• Es el instrumento diseñado para medir la temperatura.• Principio de funcionamiento:
– Se basan en alguna propiedad de la materia que cambia con la temperatura.
– El empleo de una escala adecuada.
Por Ejemplo:
Dilatación delMercurio Agua (Escala)
Capta la variación de la temperatura Congelación Ebullición
Equilibrio térmico
• Si el sistema A está aislado del sistema B pero están en contacto térmico con el sistema C, luego de un tiempo, B estará en equilibrio térmico con C, y A estará en equilibrio térmico con C, entonces Aestará en equilibrio térmico con B y C.
A B
C
Termómetro de bulbo
• Tubo de vidrio hueco lleno de mercurio o alcohol coloreado con tintura roja.
• El liquido se expande mas que el vidrio, de modo que el nivel del liquido se eleva en el tubo.
Termómetro bimetalico
0 100 300200400
Dos metales distintos con diferente coeficientes de expansión
Escalas de Temperatura
100 212
0 49232273
672373
-4600-273 0
Celsius °C
Kelvin K
Fahrenheit °F
Rankine °REbullición
del Agua
Congelación del Agua
Cero Absoluto
Conversión de unidades
• Equivalencia de escalas:
• Diferencias de temperaturas:
9492R
5273K
932F
5C −°
=−
=−°
=°
9RΔ
5ΔK
9FΔ
5CΔ °
==°
=°
Problema 1
• La temperatura normal de un cuerpo es de 98,6°F¿A cuanto equivale esto en la escala Celsius?
C379566,6CX
9F32F98,6
5CX
°=•=°
°−°=
°
0°C 32°F
212°F100°C
98,6°FX°C 180100
Problema 2
• Un horno ha incrementado su temperatura en 800°C ¿Cuál es dicho valor en °F?
Problema 3
• El coeficiente de dilatación de una barra metálica es de α=11x10-6 1/°C. Cual será el valor del coeficiente en 1/°F
Problema 4
• A través de una barra metálica se quiere medir la temperatura de un horno, para eso se coloca a una temperatura de 22 °C en el horno. Después de un cierto tiempo se retira la barra del horno y se verifica que la dilatación sufrida equivale a 1,2 % de su longitud inicial, sabiendo que α = 11x10-6 1/°C. Determine : La temperatura del horno en el instante en que la barra fue retirada.
Dilatación lineal
LLoo ΔΔLL
Δ ΔLL == LLoo α α ΔΔTT LLff == LLoo(1(1++ααΔΔΤ)Τ)
LLoo = = Longitud inicialΔΔL =L = Incremento de longitud
ΔΔT = T = TTff ––TTo o = = Incremento de temperatura
αα== Coeficiente de expansión lineal (1/°C)
Lf = Longitud final
Problema 5
• ¿Que temperatura debe alcanzar el anillo para colocarlo en la varilla cilíndrica de hierro?
20°C64,53
64,20
hierro
Problema 6
• La plataforma de la figura es horizontal y está apoyada en 2 columnas; una de Aluminio y otra de Hierro . Determine las longitudes de las barras a 0 °C para que la plataforma permanezca horizontal a cualquier temperatura, Sabiendo que la diferencia de nivel entre los puntos A y B es de 50 cm.
Dilatación superficial
• Es aquella en la que predomina la variación en dos (2) dimensiones de un cuerpo, es decir: el largo y el ancho.
• El coeficiente de dilatación superficial es aproximadamente el doble del lineal.
Δ ΔSS == SSoo ββ ΔΔTT
SSff == SSoo(1(1++ββΔΔΤ)Τ)
2αα=β
Problema 7
• Un disco de plomo tiene a la temperatura de 20°C un diámetro de 30 cm. ¿Cuáles serán su diámetro y su área a la temperatura de 60°C? α plomo = 2,9x10-5 1/°C.
30 cm
?
20°C60°C
Dilatación volumétrica
• Es aquella en la predomina la variación en tres (3) dimensiones de un cuerpo, es decir: el largo, el ancho y el alto.
Δ ΔVV == VVoo γγ ΔΔTT
VVff == VVoo (1+(1+ γγ ΔΔT)T)
γγ == Coeficiente de expansión volumétrica (1/°C)
3α=γ
Problema 7
• Un tanque lleno de gasolina experimenta un cambio de temperatura. ¿Cuánta gasolina derramara el tanque?γgas=950x10-6 °C-1
Gasolina (70 L)
Ti = 20°C
Tf = 50°C
Problemas
• Un tubo de fierro de 200m transporta vapor a 120 °C ¿Cuál será la nueva longitud del tubo, si el montaje se hizo a 20°C? (αFe=12x10-6 1/°C)
• Un disco de laton tiene un orificio de 10 cm de diámetro en su centro a 70°F. Si el disco se coloca en agua hirviendo ¿Cuál será el nuevo diámetro del orificio? (β=38x10-6 1/°C).
• Un tapón de latón tiene un diámetro de 8,001 cm a 28°C ¿a que temperatura debe enfriarse el tapón si se desea que entre en un agujero de 8 cm?