CENTRO DE BACHILLERATO TECNOLOGICO INDUSTRIAL Y

DE SERVICIOS NO.243

CATEDRATICO:

ING. MAUGRO JOSEIM GOMEZ ROBLERO

ALUMNO:

JUAN DANIEL VELAZQUEZ PEREZ

ESPECIALIDAD:

¡OFIMATICA!

SEMESTRE Y GRUPO:

5º “A”

MATERIA:

FISICA II

TRABAJO:

INVESTIGACION

TEMAS:

TERMOLOGIA

TEMPERATURA

CALOR

ESCALAS TERMOMETRICASY DILATACION

CANTIDAD DE CALOR

FECHA DE ENTREGA: 25 DE NOVIEMBRE DEL 2015.

MOTOZINTLA DE MENDOZA, CHIAPAS, MEXICO.

pág. 2

INDICE

OBJETIVOS

INTRODUCCION

DESARROLLO DEL TEMA:

TERMOLOGIA ------------------------------------------------------------- 5,7

TEMPERATURA -------------------------------------------------------- 8,13

CALOR ------------------------------------------------------------------- 14,18

ESCALAS TERMOMETRICAS Y DILATACION --------------- 19-26

CANTIDAD DE CALOR --------------------------------------------- 27,33

CONCLUSION -------------------------------------------------------------- 34

BIBLIOGRAFIAS ----------------------------------------------------------- 35

pág. 3

OBJETIVO GENERAL

En esta investigación se mencionare los conceptos como; “Termología,

Temperatura, Calor, Escalas termométricas y dilatación, Cantidad de

calor”, donde el principal objetivo es buscar y obtener buena información en

base a los temas mencionados, donde servirá para una buena

retroalimentación, esta investigación es muy fundamental y a las ves

importante en la vida cotidiana porque nos da a conocer estos temas y en

base a estos conceptos investigados servirán y no serán de gran ayuda para

cualquier duda que tengamos.

pág. 4

INTRODUCCION

En este documento de la investigación que te presentare adelante nos enseña los

conceptos importantes de los siguientes puntos como: TERMOLOGIA,

TEMPERATURA, CALOR, ESCALAS TERMOMETRICAS Y DILATACION Y

CANTIDAD DE CALOR. Esta investigación te ayudara a conocer bien los que es

su definición sus formula y aplicación, ya que cada uno de esto nos ayuda a poder

tener más conocimientos para poder practicar lo que es en una carrera y donde

estos conceptos son fundamentales en la vida diaria que debemos de conocer bien

así mismos diferenciar bien cada uno de los preceptos. Como por ejemplo

temperatura necesitamos saber cómo es que se lleva a cabo la temperatura y en

que momento, el calor como se lleva acabo como también la relación en la física,

las escalas termométricas y dilatación nos ayudara a que podamos identificar muy

bien sus funciones y aplicación, y el precepto de calor este punto es muy importante

ya que nos dará a conocer cómo y en qué momento surge una gran cantidad de

calor en un determinado tiempo.

En esta investigación que realizare, tiene a finalidad y el único propósito para que

tu querido lector puedas adquirir buena información y una buena retroalimentación

a tus conocimientos porque es muy fundamental en la vida cotidiana. Conociendo

bien los temas ya mencionados puede que en un momento dado nos puede ser de

gran utilidad y de gran aportación para satisfacer y enriquecer cada una de nuestras

dudas necesidades que tengamos.

pág. 5

CONCEPTO DE FÍSICA

1. TERMOLOGIA

1.1 CONCEPTO

La termología (termo = calor, logia = estudio) es la parte de la física que estudia el

calor y sus efectos sobre la materia. Si se desglosa la palabra termología se podrá

apreciar que es un vocablo compuesto, en donde su prefijo termo significa calor y

logia significa estudio, 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,

diciendo, 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.

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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.

En este artículo buscaremos introducir los conceptos de temperatura y calor, así

como los varios efectos que el calor impone a los cuerpos tales como el cambio de

estado y la dilatación.

1.2 Formulas

Escalas termométricas

Capacidad Térmica

Calor sensível

pág. 7

1.3 Ejercicio

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

pág. 8

TEMPERATURA

2.1 Concepto

Se define como temperatura de un cuerpo la cantidad de energía que contiene su

unidad de masa. No depende del tamaño del cuerpo ni de su material. A mayor

temperatura tendremos mayor sensación

de calor, a menor temperatura, sensación

de frío. Un cuerpo caliente aporta mayor

cantidad de energía.

El aparato que mide la temperatura es

el termómetro, que utiliza diferentes

escalas. La escala Celsius toma como

puntos fijos los puntos

de solidificación y ebullición del agua, y

luego, partiendo del punto de

solidificación, lo subdivide en cien partes

iguales. La escala Fahrenheit en vez de

usar la escala entre 0 y 100 grados. Utiliza la escala ente 32 y 212 grados, por lo

tanto en el mismo intervalo de temperaturas habrá más grados Fahrenheit que

Celsius. El Kelvin es la unidad de medida del Sistema Internacional de Unidades,

que es una escala termodinámica.

Las variaciones de temperatura producen entre sus efectos físicos, la dilatación de

los cuerpos. La dilatación de los líquidos es mayor que la de los sólidos por la falta

de rigidez de sus moléculas.

Equilibrio térmico significa que dados dos cuerpos en contacto, con temperaturas

diferentes, se producirá el fluir del cuerpo más caliente al más frío hasta igualar sus

temperaturas.

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La temperatura corporal en los animales varía según la especie. Cuando las

temperaturas normales para la especie se sobrepasan se llama fiebre. Para medir

la temperatura de los mamíferos se utiliza el termómetro clínico, que usa en escala

de entre 35 y 42º C (Centígrados). Este termómetro utiliza para medir la

temperatura, mercurio, que al dilatarse, muestra la temperatura que asciende por

un tubo graduado.

La temperatura atmosférica es el grado de calor contenido en la atmósfera, que

proviene de la energía solar. Los rayos solares inciden con mayor fuerza en la zona

ecuatorial, por eso allí se registran las mayores temperaturas, a medida que nos

acercamos a los polos la temperatura disminuye. La altura es un factor que modifica

la temperatura de un lugar, a mayor altura, menor temperatura, aproximadamente

disminuye 1 º C cada 180 m. de altura.

En el Sistema Internacional de Unidades, la unidad de temperatura es el kelvin (K),

y la escala correspondiente es la escala Kelvin o escala absoluta, que asocia el

valor «cero kelvin» (0 K) al «cero absoluto», y se gradúa con un tamaño de grado

igual al del grado Celsius. Sin embargo, fuera del ámbito científico el uso de otras

escalas de temperatura es común. La escala más extendida es la escala Celsius,

llamada «centígrada»; y, en mucha menor medida, y prácticamente solo en

los Estados Unidos, la escala Fahrenheit. También se usa a veces la

escala Rankine (°R) que establece su punto de referencia en el mismo punto de la

escala Kelvin, el cero absoluto, pero con un tamaño de grado igual al de la

Fahrenheit, y es usada únicamente en Estados Unidos, y solo en algunos campos

de la ingeniería. Sin embargo, debería utilizarse el Julio puesto que la temperatura

no es más que una medida de la energía cinética media de un sistema, de esta

manera podríamos prescindir de la constante de Boltzmann.

pág. 10

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.

pág. 11

Vemos que esta escala es proporcional y lineal, puesto que no existe ninguna T°

menor al Cero Absoluto.

2.3 Formulas

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 Ejercicio

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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2.5 Tabla de unidades de medida

Kelvin Grado Celsius

Grado Fahrenheit

Rankine Grado Réaumur

Grado Rømer

Grado Newton

Grado Delisle

Kelvin

K =

Re + 273,15

K = (Ro - 7,5)

+ 273,15

K = N

+ 273,15

K = 373,15 -

De

Grado Celsius

C = (F -

32)

C = (Ra -

491,67)

C =

Re

C = (Ro - 7,5)

C = N

C = 100 -

De

Grado Fahrenheit

- 459,67

F = C + 32

F =

Re + 32

F = (Ro - 7,5)

+ 32

F = N

+ 32

F = 121 -

De

Rankine

Ra = (C +

273,15)

Ra =

Re + 491,67

Ra = (Ro - 7,5)

+ 491,67

Ra = N

+ 491,67

Ra = 171,67 -

De

Grado Réaumur

Re = C Re = (F -

32)

Re = (Ra -

491,67)

Re = (Ro - 7,5)

Re = N

Re = 80 -

De

Grado Rømer

Ro =(K -

273,15) +7,5

Ro =

C +7,5

Ro = (F -

32) +7,5

Ro = Ra - 491,67

+7,5

Ro = Re

+7,5

Ro = N

+7,5

Ro = 60 - De

Grado Newton

N = (K - 273,15)

N = C N = (F -

32)

N = (Ra - 491,67)

N = Re

N = (Ro - 7,5)

N = 33 - De

pág. 13

Grado Delisle

De = (373,15 -

K)

De = (100 -

C)

De = (121

- F)

De = (580,67 -

Ra)

De = (80 - Re)

De = (60 - Ro)

De = (33 - N)

pág. 14

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.

En este sentido, el calor puede generarse a

partir de una reacción química (como la

combustión), una reacción nuclear (como

aquellas que se desarrollan dentro del Sol)

o una disipación (ya sea mecánica, fricción,

o electromagnética, microondas).

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.

La cantidad de energía térmica que se traspasa se calcula y se expresa en calorías.

Esta unidad de medida (no oficial) refleja la cantidad energética requerida para

elevar, de 14,5º a 15,5º Celsius, la temperatura de un gramo de H2O (agua). En

el Sistema Internacional de Unidades, la unidad de energía se conoce como joule.

Una caloría resulta equivalente a 4,184 Joules.

Existen otros usos del término calor, por lo general relacionados con un sentido

simbólico. El calor puede ser, por lo tanto, sinónimo

de enardecimiento y exaltación (por ejemplo, “El calor del público se hizo sentir en

pág. 15

el estadio”) o referirse a lo más intenso de

una acción (“Su ropa se rompió en el calor

de la batalla”).

Ciertas consecuencias del calentamiento

global

Sin duda, la consecuencia más clara del

calentamiento global es el aumento de la

temperatura media del planeta, fenómeno

que hemos presenciado en las últimas

décadas. Asimismo, el nivel del mar ha aumentado considerablemente, lo cual

amenaza con peligrosas inundaciones.

Todo esto podría repercutir en la salud, provocando un alza en el promedio de

personas afectadas por enfermedades respiratorias y cardiovasculares, así como

infecciones causadas por insectos tropicales y deshidratación. El primer grupo de

afecciones mencionadas tendría lugar dado que, a causa del calor, aumentaría el

esfuerzo necesario para realizar cualquier actividad física, con la consecuente

presión sobre los pulmones y el sistema circulatorio.

Con respecto a los mosquitos y el resto de las plagas, siendo que las zonas

tropicales se ampliarían, enfermedades como el dengue, la fiebre amarilla, el cólera

y la malaria afectarían a un porcentaje mayor de la población mundial.

La magnitud y frecuencia de las precipitaciones serían mayores, aunque el nivel de

agua de los ríos y lagos decrecería, dada la mayor evaporación que causarían las

altas temperaturas. Ciertas sequías a lo largo del año podrían afectar la

productividad de la generación de energía eléctrica. Por otro lado, naturalmente,

aumentaría la demanda de agua potable, para luchar contra el calor. Esta demanda,

sin embargo, no podría ser satisfecha.

Otra posible consecuencia de la excesiva evaporación sería que los suelos

perdieran su humedad; esto ocasionaría que muchas zonas ricas en vegetación se

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convirtieran en desiertos. A la pérdida de plantas y nutrientes seguiría lógicamente

una disminución en las actividades ganaderas, con su impacto en la economía.

Las inundaciones, por otra parte, no sólo traerían consigo evacuaciones masivas,

sino que el agua del mar salinizaría ciertos ríos y ocasionaría un aumento en la

erosión de las edificaciones de las costas, lo cual amenazaría sus cimientos. A su

vez, la luz solar no alcanzaría con la misma facilidad el fondo de los arrecifes, y esto

afectaría directamente el proceso de fotosíntesis de ciertas especies que resultan

esenciales para la vida del coral, una de cuyas funciones es moderar el oleaje.

3.2 UNIDAD DE MEDIDA DE CALOR.

El calor es una forma de energía, y sus unidades de medida son el Joule (J) y la

caloría (cal) (1 cal = 4,186 J) que fue definida en su momento para el calor cuando

no se había establecido que era una forma de energía.

Caloría: Es la cantidad de calor que debe extraerse o transferirse a un gramo de

agua para cambiar su temperatura en 1º C (cambiar su temperatura significa

aumentarla en 1º C o disminuirla en lº C). Se abrevia “cal”.

Junto con la caloría se usa también la kilocaloría para medir el calor.

Kilocaloría: Es la cantidad de calor que debe extraerse o transferirse a 1

kilogramo de agua para cambiar su temperatura en 1º C. Se abrevia kcal.

pág. 17

Ejemplos:

325 calorías son 325.000 kilocalorías porque

se debe multiplicar 325 · 1.000

1.500 kilocalorías son 1,5 calorías porque se

debe dividir 1.500 por 1.000

Equivalencia mecánica del calor

Como ya dijimos, cuando hablamos de calor

nos estamos refiriendo a una forma de energía, pero ¿Qué sucede cuando

queremos convertir energía calórica en energía mecánica?

El calor puede ser convertido en energía mecánica y viceversa, y como el calor es

una forma de energía, simplemente se estaría comprobando la ley de conservación

de la energía, que señala:

La energía no se crea ni se destruye, sólo se transforma.

La energía mecánica puede convertirse en calor a través del rozamiento, y el trabajo

mecánico necesario para producir 1 caloría se conoce como equivalente mecánico

del calor. A una caloría le corresponden 4,186 Joules.

Según la ley de conservación de la energía, todo el trabajo mecánico realizado para

producir calor por rozamiento aparece en forma de energía en los objetos sobre los

que se realiza el trabajo.

O sea que cuando hablamos del equivalente mecánico del calor, no es más que una

manera de expresar dos formas de energía que son iguales calóricamente

hablando: la energía calórica (representada en calorías) y la energía mecánica

(representada en Joules).

La relación entre la cantidad de calor producido y el trabajo realizado es una

constante llamada equivalente mecánico del calor.

pág. 18

En el Sistema Internacional de Unidades (SI), la unidad de calor es la misma de

energía, es decir el Joule.

Si expresamos el calor en calorías y el trabajo en Joules o julios (J), se tiene la

siguiente equivalencia entre Joules y Calorías:

1 caloría = 4,186 Joule y la relación inversa es: 1 J = 0,24 cal

pág. 19

ESCALAS TERMOMETRICAS Y DILATACION

4.1concepto

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.

pág. 20

El rango de temperatura accesible debe ser suficientemente 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 Aplicación de las escalas termométricas

La relación existente entre las escalas termométricas más empleadas permite

expresar una misma temperatura en diferentes formas, esto es, con resultados

numéricos y con unidades de medida distintas. Se trata, en lo que sigue, de aplicar

las ecuaciones de conversión entre escalas para determinar la temperatura en

grados Celsius y en grados Fahrenheit de un cuerpo, cuyo valor en Kelvin es de

77 K.

Para la conversión de K en °C se emplea la ecuación:

T (°C) = T (K) - 273

Es decir:

t(°C) = 77 - 273 = - 196 °C

Para la conversión en °F se emplea la ecuación:

t(°F) = 1,8 · t(°C) + 32

t(°F) = 1,8 · (- 196) + 32 = - 320,8 °F

Lo que se necesita para construir un termómetro, son puntos fijos, es decir procesos

en los cuales la temperatura permanece constante. Ejemplos de procesos de este

tipo son el proceso de ebullición y el proceso de fusión.

Existen varias escalas para medir temperaturas, las más importantes son la

escala Celsius, la escala Kelvin y la escala Fahrenheit

pág. 21

ESCALA DE DILATACION

4.3 Concepto

El hecho de que las dimensiones de los cuerpos, por lo general, aumenten

regularmente con la temperatura, ha dado lugar a la utilización de tales dimensiones

como propiedades termométricas y constituyen el fundamento de la mayor parte de

los termómetros ordinarios. Los termómetros de líquidos, como los de alcohol

coloreado empleados en meteorología o los de mercurio, de uso clínico, se basan

en el fenómeno de la dilatación y emplean como propiedad termométrica el volumen

del líquido correspondiente.

La longitud de una varilla o de un hilo metálico puede utilizarse, asimismo, como

propiedad termométrica. Su ley de variación con la temperatura para rangos no muy

amplios (de 0º a 100 °C) es del tipo:

lt = l0 (1 + a·t)

Donde lt representa el valor de la longitud a t grados Celsius, l0 el valor a cero

grados y a es un parámetro o constante característica de la sustancia que se

denomina coeficiente de dilatación lineal. La ecuación anterior permite establecer

una correspondencia entre las magnitudes longitud y temperatura, de tal modo que

midiendo aquélla pueda determinarse ésta.

Una aplicación termométrica del fenómeno de dilatación en sólidos lo constituye el

termómetro metálico. Está formado por una lámina bimetálica de materiales de

diferentes coeficientes de dilatación lineal que se consigue soldando dos láminas

de metales tales como latón y acero, de igual longitud a 0 °C. Cuando la temperatura

aumenta o disminuye respecto del valor inicial, su diferente da lugar a que una de

las láminas se dilate más que la otra, con lo que el conjunto se curva en un sentido

o en otro según que la temperatura medida sea mayor o menor que la inicial de

pág. 22

referencia. Además, la desviación es tanto mayor cuanto mayor es la diferencia de

temperaturas respecto de 0 °C. Si se añade una aguja indicadora al sistema, de

modo que pueda moverse sobre una escala graduada y calibrada con el auxilio de

otro termómetro de referencia, se tiene un termómetro metálico.

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 vibraciones (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.

4.4 Tipos de Dilatación

pág. 23

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.

4.5 Formulas

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:

pág. 24

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:

pág. 25

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 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

pág. 26

4.6 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.

pág. 27

CANTIDAD DE CALOR

5.1Concepto

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.

La expresión matemática de esta relación es la ecuación calorimétrica:

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, Ti es la temperatura inicial y 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

pág. 28

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.

El calor específico puede deducirse de la ecuación anterior. Si se despeja Ce de

ella resulta:

Calor latente de fusión

Para que un sólido pase al estado líquido debe

absorber la energía necesaria a fin de destruir las

uniones entre sus moléculas. Por lo tanto, mientras

dura la fusión no aumenta la temperatura. Por ejemplo,

para fundir el hielo o congelar el agua sin cambio en la

temperatura, se requiere un intercambio de 80 calorías por gramo, o 80 kilocalorías

por kilogramo.

Si a 1 kg de hielo (a 0º C) le aplicamos 80 kcal obtendremos 1 kg de agua a 0º C.

El calor requerido para este cambio en el estado físico del agua sin que exista

variación en la temperatura recibe el nombre de calor latente de fusión o

simplemente calor de fusión del agua.

Esto significa que si sacamos de un congelador cuya temperatura es de –6° C un

pedazo de hielo de masa igual a 100 gramos y lo ponemos a la intemperie, el calor

existente en el ambiente elevará la temperatura del hielo, y al llegar a 0° C y seguir

recibiendo calor se comenzará a fundir.

pág. 29

A partir de ese momento todo el calor recibido servirá para que la masa de hielo se

transforme en agua líquida. Como requiere de 80 calorías por cada gramo (ver

cuadro), necesitará recibir 8.000 calorías del ambiente para fundirse

completamente. Cuando esto suceda, el agua se encontrará aún a 0° C y su

temperatura se incrementará sólo si se continúa recibiendo calor, hasta igualar su

temperatura con el ambiente.

Calor de fusión de cada sustancia

El calor de fusión es una propiedad característica de cada sustancia, pues según el

material de que esté hecho el sólido requerirá cierta cantidad de calor para fundirse.

Por definición: el calor latente de fusión de una sustancia es la cantidad de calor

que requiera ésta para cambiar 1 gramo de sólido a 1 gramo de líquido sin variar su

temperatura.

Los cálculos pertinentes se realizan utilizando las fórmulas:

Donde λf = calor latente de fusión en cal/gramo.

Q = calor suministrado en calorías.

m = masa de la sustancia en gramos.

En el cuadro siguiente se dan algunos valores del calor latente de fusión para

diferentes sustancias.

Sustancia λf en cal/gr.

Agua 80

Hierro 6

Cobre 42

Plata 21

Platino 27

pág. 30

Oro 16

Mercurio 2,8

Plomo 5,9

Calor latente de solidificación

Como lo contrario de la fusión es la solidificación o congelación, la cantidad de calor

requerida por una sustancia para fundirse, es la misma que cede cuando se

solidifica.

Por lo tanto, con respecto a una sustancia el

calor latente de fusión es igual al calor latente

de solidificación o congelación.

5.2 Ejercicio De Calor

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.

Calor latente de

Fusión para el agua: 80 cal/g.

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.

pág. 31

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.

Calor latente de vaporización

A una presión determinada todo líquido calentado hierve a una temperatura fija que

constituye su punto de ebullición. Este se mantiene constante independientemente

del calor suministrado al líquido, pues si se le aplica mayor cantidad de calor, habrá

mayor desprendimiento de burbujas sin cambio

en la temperatura del mismo.

Cuando se produce la ebullición se forman

abundantes burbujas en el seno del líquido, las

cuales suben a la superficie desprendiendo

vapor.

Si se continúa calentando un líquido en ebullición,

la temperatura ya no sube, esto provoca la

disminución de la cantidad del líquido y aumenta

la de vapor.

pág. 32

Al medir la temperatura del líquido en ebullición y la del vapor se observa que ambos

estados tienen la misma temperatura; es decir; coexisten en equilibrio

termodinámico.

A presión normal (1 atm = 760 mm de Hg), el agua

ebulle (hierve) y el vapor se condensa a 100° C, a

esta temperatura se le da el nombre de punto de

ebullición del agua. Si se desea que el agua pase de

líquido a vapor o viceversa sin variar su temperatura,

necesita un intercambio de 540 calorías por cada

gramo. Este calor necesario para cambiar de estado

sin variar de temperatura se llama calor latente de

vaporización del agua o simplemente calor de

vaporización.

Por definición el calor latente de vaporización de una sustancia es la cantidad de

calor que requiere para cambiar 1 gramo de líquido en ebullición a 1 gramo de vapor,

manteniendo constante su temperatura.

Los cálculos pertinentes se realizan utilizando las fórmulas:

Donde

λv = calor latente de vaporización en cal/g

Q = calor suministrado en calorías

m = masa de la sustancia en gramos.

Como lo contrario de la evaporación es la condensación, la cantidad de calor

requerida por una sustancia para evaporarse es igual a la que cede cuando se

pág. 33

condensa, por lo tanto, en ambos el calor latente de condensación es igual al calor

latente de vaporización para dicha sustancia.

En el cuadro siguiente se dan valores del calor latente de vaporización de algunas

sustancias.

Calor latente de vaporización de algunas sustancias

Sustancia λv en cal/gr

Agua 540

Nitrógeno 48

Helio 6

Aire 51

Mercurio 65

Alcohol etílico 204

Bromo 44

Ejercicio 2

Calcular la cantidad de calor que se requiere para cambiar 100 gramos de hielo a –

0° C en vapor a 130° C.

Desarrollo

Para que el hielo eleve su temperatura de –10° C hasta el punto de fusión a 0° C

necesita una cantidad de calor igual a:

Q1 = m CeΔT = 100 g x 0, 50 cal/g° C x 10° C = 500 cal.

En seguida, para calcular el calor que se requiere para que el hielo se funda y se

tenga agua a 0° C, se aplica la ecuación

Q = mλf.

Q2 = 100 g x 80 cal/g = 8.000 cal.

pág. 34

CONCLUSION

En conclusión esta investigación conocimos los temas de “Termología,

Temperatura, Calor, Escalas termométricas y dilatación, y por ultimo

Cantidad de calor”, donde obtuvimos una retroalimentación, donde conocí mas

fondo cada uno de los conceptos, teniendo en cuenta las fórmulas y conociendo

algunos ejercicios para saber el procedimiento que se hace para desarrollar cada

uno de los problemas relacionados al tema.

En la termología aprendí que es la 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 está 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).

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. Gracias a esta información obtenida nos da un gran

aprendizaje ya que al conocer estos temas nosotros podemos ver que alrededor se

aplica estos conceptos y lo ponemos en práctica muchas veces.

pág. 35

BIBLIOGRAFAS

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ESCALAS+TERMOMETRICAS+Y+DILATACION

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