El calor se mide en unidades de energía. Por tanto, en el Sistema Internacional su unidad es el julio (J). Sin embargo, la unidad tradicional para medir el calor es la caloria (cal). La equivalencia es:
El calor es una cantidad de energía y es una expresión del
movimiento de las moléculas que componen un cuerpo. Cuando el calor entra en un
cuerpo se produce calentamiento y cuando sale, enfriamiento. Incluso los
objetos más fríos poseen algo de calor porque sus átomos se están moviendo.
UNIDADES DE MEDIDA DEL CALOR:
TEMPERATURA:
La temperatura es la medida del calor de
un cuerpo (y no la cantidad de calorque este contiene o puede rendir).
La temperatura es la medida de la energía térmica de una sustancia. Se mide con un termómetro. Las escalas más empleadas para medir esta magnitud son la Escala Celsius (o centígrada) y la Escala Kelvin. 1ºC es lo mismo que 1 K, la única diferencia es que el 0 en la escala Kelvin está a - 273 ºC.
La temperatura es la medida de la energía térmica de una sustancia. Se mide con un termómetro. Las escalas más empleadas para medir esta magnitud son la Escala Celsius (o centígrada) y la Escala Kelvin. 1ºC es lo mismo que 1 K, la única diferencia es que el 0 en la escala Kelvin está a - 273 ºC.
En la escala Celsius se asigna el valor 0 (0
ºC) a la temperatura de congelación del agua y el valor 100 (100 ºC) a la
temperatura de ebullición del agua. El intervalo entre estas dos temperaturas
se divide en 100 partes iguales, cada una de las cuales corresponde a 1 grado.
En la escala Kelvin se asignó el 0 a aquella temperatura a la cual las
partículas no se mueven (temperatura más baja posible). Esta temperatura
equivale a -273 ºC de la escala Celsius.
EJEMPLOS:
El calor se trasmite. Ejemplos:
-Calor que nos suministra el sol en una hora.
-Calor que expele un motor en marcha
-Calor que suministra una cocina en 30 minutos
Temperatura (velocidad promedio de las moléculas)...
Ejemplos:
-Temperatura media de mi cuerpo
- Temperatura de una piedra al sol.
- Temperatura de la cocina (disco) a los 3 minutos exactos de conectado.
El calor se trasmite. Ejemplos:
-Calor que nos suministra el sol en una hora.
-Calor que expele un motor en marcha
-Calor que suministra una cocina en 30 minutos
Temperatura (velocidad promedio de las moléculas)...
Ejemplos:
-Temperatura media de mi cuerpo
- Temperatura de una piedra al sol.
- Temperatura de la cocina (disco) a los 3 minutos exactos de conectado.
EJERCICIOS:
MEDIDA DE
LA TEMPERATURA:
Se han inventado muchos instrumentos para medir la temperatura
de forma precisa. Todo empezó con el establecimiento de una escala de
temperaturas. Esta escala permite asignar un número a cada medida de la
temperatura.
A principios del siglo XVIII, Gabriel Fahrenheit
(1686-1736) creó la escala Fahrenheit. Fahrenheit asignó al punto de
congelación del agua una temperatura de 32 grados y al punto de ebullición una
de 212 grados. Su escala está anclada en estos dos puntos.
Unos años más tarde, en 1743, Anders Celsius
(1701-1744) inventó la escala Celsius. Usando los mismos puntos de anclaje
Celsius asignó al punto de congelación del agua una temperatura de 0 grados y
al de ebullición una de 100 grados. La escala Celsius se conoce como el Sistema
Universal. Es el que se usa en la mayoría de los paises y en todas las
aplicaciones científicas.
Hay un límite a la temperatura mínima que un objeto
puede tener. La escala Kelvin está diseñada de forma que este límite es la
temperatura 0. La relación entre las diferentes escalas de temperatura es la
siguiente:
oK = 273.15 + oC
oC = (5/9)*(oF-32)
oF = (9/5)*oC+32
oF
|
oC
|
oK
|
|
El agua hierve a
|
212
|
100
|
373
|
Temperatura Ambiente
|
72
|
23
|
296
|
El agua se congela a
|
32
|
0
|
273
|
Cero Absoluto
|
-460
|
-273
|
0
|
EJERCICIOS:
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.
LA DILATACIÓN TERMICA:
En el ámbito de la física, la dilatación es el aumento de la longitud, la
superficie o el volumen de un cuerpo a causa de la
separación de sus moléculas por la disminución de su densidad. La dilatación
térmica, en este sentido, se produce ante el aumento de temperatura de un cuerpo, como cuando se expanden las vías de un
ferrocarril.
Se denomina dilatación
térmica al aumento de longitud, volumen o
alguna otra dimensión métrica que sufre un cuerpo físico debido al aumento de temperatura que se provoca en él por
cualquier medio. La contracción
térmica es la disminución de
propiedades métricas por disminución de la misma.2. las vigas de los puentes
3. el mercurio contenido en un termometro . se contrae o dilata
4.las ruedas de los coches , el aire que contiene si aumenta mucho la temperatura ganan presion
5. las puertas de una casa. dependiendo de la temperatura dilatan un poco y se nota al cerrar que queda muy justa
6. un vaso al que hechamos agua hirviendo rapidamente, puede estallar , esto se debe a que las paredes interiores que estan en contacto con el agua dilatan y la exterior . no le da tiempo.
7.una botella que se pone a baño maria y luego se cierra rapidamente. como consecuencia , se contrae toda. hemos dilatado el gas interior y luego el exterior tiene una mayor presion.
8. las baldosas , terrazo, del piso que se han puesto demasido juntas y resquebrajan, esto sucede mas con los suelos de marmol , ya que no se dejaba espacio para dilatar
9.una botella llena de agua que se mete en el congelador , aumenta su volumen
10.en mecanica los aprietes de prensa , se suelen separar dilatando la pieza exterior con calor
L=1.20m(1+16*10^-6*66°c)
L=1,2011088m
EJEMPLOS:
1.la vias
del tren , que en verano se hacen mas largas
EJERCICIO:
Una varilla de cobre tiene una longitud de 1.20m a una temperatura ambiente de 18 ·c . ¿cual sera su longitud 84 ·c?.
Solución: L=Lo(1+ ß(Tf-Ti)
L=1.20m(1+16*10^-6*(84°c-18°c))
L=1.20m(1+16*10^-6*66°c)
L=1,2011088m
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, designado por αL,
para una dimensión lineal cualquiera, se puede medir experimentalmente
comparando el valor de dicha magnitud antes y después:
Donde:
α=coeficiente de dilatación lineal
[°C-1]
L0 = Longitud
inicial
Lf = Longitud
final
T0 = Temperatura
inicial.
Tf = Temperatura
final
EJEMPLOS:
un amplio
rango de temperaturas, que el cambio de longitudes
Δl , es proporcional al cambio de temperatura Δt y
a la longitud l, de tal manera que podemos escribir:
Δl =α lΔt , donde α es el coeficiente de
expansión lineal. Este coeficiente tiene diferentes
valores para los diferentes materiales y tiene por
unidad l/grado.
O bien,
Δt/l=a Δ t
Para encontrar la longitud final después de un
cambio de temperatura Δt , escribimos
dl /l=α dt, e integraremos considerando la longitud l para t=t1
y l' para t=t2, siendo t2-ti=
Δt
DILATACIÓN SUPERFICIAL:
Es
aquella en que predomina la variación en dos dimensiones, o sea, la variación
del área del cuerpo debido a la intervención de un cambio de temperatura.
Para estudiar este tipo de dilatación, podemos imaginar una
placa metálica de área inicial A0 y
temperatura inicial θ0. Si la
calentáramos hasta la temperatura final θ, su área pasará a tener un
valor final igual a A
ΔS = Dilatación superficial
Ai = Área inicial
Δt = Variación en la temperatura
Β = Coeficiente de dilatación superficial.
EJEMPLOS:
"Una lámina de cobre cuya superficie inicial es de 100
cm² a una temperatura de 0°C, incrementa su temperatura hasta 30 °C. ¿cuál será
su superficie final ? El coeficiente de dilatación lineal del cobre es: 17 *
10^-6 / ºC
S2= S1 (1 + ß Δt) en este caso ß = 2 α = 2 * 17 * 10^-6 /ºC = 3.4 * 10^-5 /ºC
S2 = 100 cm² (1 + 0.000034/ºC * 30ºC ) S2 = 100.1 cm² ¿Cuál será la nueva longitud de la barra?Lf = Lo * ( 1 + α * (Tf -To)) Lf = 230cm * ( 1 + 11.10^-6 1/°C * (360°C - 50°C)) = 230,78cm
V2 = V1 (1 + ß Δt) = 98 cm³ [1 + 7.5 * 10^-5 / ºC * (96-18)ºC ]
V2 = 98.57 cm³
Datos:
EJERCICIOS:
1.
Una barra de acero (α = 11 X 10-61/°C) con
longitud de 230cm y temperatura de 50° C se introduce en un horno en donde su
temperatura aumenta hasta los 360 ° C
DILATACIÓN
CUBICA:
En los sólidos, cuando predominan
sus tres dimensiones como el largo, ancho y altura, siendo un prisma, una
esfera, un cubo, etc, al exponerse a la acción del calor habrá un incremento o
variación en el volumen (ΔV) se denomina dilatación cúbica o volumétrica. Para
calcular el volumen final (Vf) en un sólido la fórmula será:
Vf = Vi .(1
+ γ . ΔT)
El coeficiente de dilatación
cúbica ( γ ) resulta al ser el triple del valor
del coeficiente de dilatación lineal (α) para cada una de las sustancias,
porque al tratarse de tres dimensiones largo, ancho y altura, el cálculo es:
γ = 3 . α
EJEMPLOS
"Una
esfera de aluminio a temperatura de 18º C posee un volumen de 98 cm³, ¿cuál
será su volumen final si su temperatura se eleva hasta los 96º C? El
coeficiente de dilatación (ß) del aluminio es 7.5 * 10^-5 / ºC."
EJERCICIO:
¿cual será el volumen final de una sustancia cuyo
coeficiente de dilatación cúbica es de 1.89 x 10-4/ °C, si
originalmente tiene una temperatura de 12 °C y un volumen de 130 cm3 ,
cuando su temperatura se incrementa hasta 50 °C?
Vf
=?
β= 1.89 x 10-4/°C
To =12°C
Tf =50°C
Fórmula:
Vo =130 cm3
DILATACIÓN LIQUIDA
Como la forma de un
fluido no está definida, solamente tiene sentido hablar del cambio del volumen
con la temperatura. La respuesta de los gases a los cambios de temperatura o de
presión es muy notable, en tanto que el cambio en el volumen de un líquido, para
cambios en la temperatura o la presión, es muy pequeño. β representa el
coeficiente de dilatación volumétrica de un líquido,
EJEMPLOS:
2 Liquido: con cel calor dismiye su volumen, y con el frio se
expande.
EJERCICIOS:
3. Un bulbo de vidrio está lleno con 50 cm3 de mercurio a 18 ºC. Calcular el volumen (medido a 38
ºC) que sale del bulbo si se eleva su temperatura hasta 38 ºC. El coeficiente
de dilatación lineal del vidrio es 9 x 10-6 ºC-1, y el correspondiente
coeficiente cúbico del mercurio vale 18 x 10-5 ºC-1
Sol. 0.153 cm3
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