Tema 2 “El Calor”
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Capítulo 1: La Temperatura
Capítulo 2: Materiales y el Calor
Capítulo 3: Conservación de la energía
Capítulo 1: La Temperatura
Objetivos
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Caracterizar la temperatura como una
propiedad de la materia asociada al
movimiento de las partículas que
componen un cuerpo.
Identificar los puntos de referencia de
las escalas termométricas y la relación
entre ellas.
Comprender el fenómeno de la
dilatación térmica como una
consecuencia del aumento de
temperatura de un cuerpo.
Describir la anomalía del agua frente
al fenómeno de dilatación térmica
La Temperatura
Temperatura y Calor
Escalas termométricas
Termómetros
Dilatación térmica
Anomalía del agua
La Temperatura
Temperatura y Calor
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Toda la materia (sólida, líquida y gaseosa) se compone de átomos o moléculas en
movimiento continuo. En virtud de este movimiento aleatorio, los átomos y/o
moléculas de la materia poseen una energía cinética. La energía cinética promedio
de estas partículas individuales causa un efecto que podemos percibir: el calor.
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El calor se define formalmente como “la energía cinética total de las moléculas
de un cuerpo”
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Para comprender la diferencia entre calor y temperatura, es necesario conocer la
Teoría Cinético-Molecular cuyas ideas principales son las siguientes:
todos los cuerpos están constituidos por partículas llamadas moléculas y éstas por
átomos
las partículas que forman parte de un cuerpo se encuentran en constante
movimiento
toda partícula en movimiento tiene energía cinética
si una partícula incrementa su movimiento incrementa su energía cinética
La Temperatura
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Cuando los átomos o moléculas de la materia se mueven más rápido, la materia se
calienta, es decir, sus átomos o moléculas tienen más energía cinética.
La cantidad que nos dice qué tan caliente y qué tan frío (sensación térmica) está un
objeto en comparación con una referencia es la temperatura.
La temperatura se define formalmente como “la energía cinética promedio de las
moléculas de un cuerpo”
Expresamos la temperatura por medio de un número que corresponde a una marca
en una cierta escala graduada: escalas termométricas.
Escalas termométricas y Termómetros
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Casi toda la materia se expande cuando su temperatura aumenta y se contrae
cuando la misma disminuye. Un termómetro ordinario mide la temperatura
mostrando la expansión y la contracción de un líquido, por lo común mercurio o
alcohol coloreado, que se encuentra en un tubo de vidrio provisto de una escala.
La Temperatura
Termómetros
Son aparatos utilizados para medir la temperatura de los cuerpos, los que se
caracterizan por:
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Alcanzar rápidamente la misma temperatura que el cuerpo con el que se pone en
contacto.
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Medir la temperatura de una forma indirecta, es decir mide una propiedad física
relacionada con la temperatura, la cuál se caracteriza por presentar siempre el
mismo valor a una temperatura dada y por experimentar las mismas variaciones
para los mismos cambios de temperatura.
Todas las escalas termométricas atribuyen un valor arbitrario a ciertos puntos
fijos, dividiendo las escalas en un número de divisiones iguales.
Escalas termométricas
Celsius o Centígrada
Kelvin o Absoluta
Fahrenheit
La Temperatura
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Escala Celsius
Asigna como valores fijos el 0 ºC (punto de fusión del agua) y el 100 ºC
(punto de ebullición del agua). El intervalo 0 – 100 lo divide en 100 partes iguales.
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Escala Kelvin
Asigna como valores fijos el 0 ºK (Cero Absoluto) y el 273 ºK
(punto de fusión del agua).
Las divisiones son iguales que en la escala Celsius
La relación con la escala Celsius es :
ºtK = ºtC + 273
Cero Absoluto : Es la temperatura a la cuál cesa toda agitación térmica y es, por
tanto, la mínima temperatura que puede alcanzar un cuerpo
La Temperatura
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Escala Fahrenheit :
Asigna como valores fijos el 32 ºF (punto de fusión del agua) y el
212 ºF (punto de ebullición del agua).
El intervalo entre ambas temperaturas se divide en 180 partes iguales
La relación con la escala Celsius es :
ºt C
-----5
=
ºt F - 32
----------9
La Temperatura
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Escalas termométricas y termómetros
La Temperatura
Ejemplo 1º :
92 º F ¿A cuántos grados Celsius corresponden? ¿Y Fahrenheit?
Solución
ºtc
92 - 32
----- = -----------5
9
: . ºt c = 33,33 ºC
ºt K = 33,33 + 273 = 306,33 ºK
Ejemplo 2º :
37 º C ¿A cuántos grados Kelvin corresponden? ¿Y Fahrenheit?
Solución
37
ºt F - 32
----- = -----------5
9
: . ºt F = 98,6 ºF
ºt K = 37 + 273 = 310 ºK
La Temperatura
Dilatación térmica
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Al fenómeno por el que los cuerpos experimentan una variación de volumen al
modificar su temperatura, se le llama dilatación.
La variación de volumen de un sólido o un líquido depende de su naturaleza,
generalmente la dilatación en los gases es mayor que en los líquidos y en éstos es
mayor que en los sólidos
Dilatación térmica
Dilatación Lineal
Sólidos
Líquidos
Dilatación Superficial
Dilatación Volumétrica
Gases
La Temperatura
Dilatación de los Sólidos :
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Dilatación Lineal :
Se contempla en aquellos cuerpos en los que una de sus dimensiones es
mucho mayor que en las otras dos (varillas, raíles, vigas....). Obras de
arquitectura e ingeniería pueden sufrir deformaciones peligrosas si no se tiene en
cuenta la dilatación, para evitarlo, es por lo que se dejan en los edificios las
llamadas juntas de dilatación (huecos de separación intercalados
perpendicularmente en la obra).
Para estudiar la dilatación lineal hay que definir una propiedad de la materia,
llamada coeficiente de dilatación lineal (), el que representa el aumento que
experimenta cada unidad de longitud de la sustancia al aumentar 1 ºC su
temperatura.
La Temperatura
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Dilatación Superficial
Se contempla en aquellos cuerpos en los que una de sus dimensiones es mucho
menor que las otras dos ( láminas, membranas...)
Para estudiar la dilatación superficial hay que definir una propiedad de la materia,
llamada coeficiente de dilatación superficial (), que representa el aumento que
experimenta cada unidad de superficie de la sustancia al aumentar 1 ºC su
temperatura.
La Temperatura
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Dilatación Volumétrica
Se contempla en aquellos cuerpos en los que las tres dimensiones son
parecidas. Para estudiar la dilatación cúbica hay que definir una propiedad de la
materia, llamada coeficiente de dilatación cúbica o volumétrica () , que es el
aumento que experimenta cada unidad de volumen de la sustancia al aumentar 1 ºC
su temperatura.
La Temperatura
Dilatación en los Líquidos
Es semejante a la dilatación volumétrica de los sólidos. Cada líquido presenta un
coeficiente de dilatación cúbica (k) característico, por lo que están tabulados
Su expresión es :
La Temperatura
Dilatación en los Gases
Su estudio se realiza a presión constante. Todos los gases experimentan el mismo
incremento de volumen con un mismo incremento de temperatura. El coeficiente de
dilatación ( p) de los gases es el mismo para todos, siendo su valor :
El valor del volumen final de un gas que ha experimentado un incremento de
temperatura, se calcula a partir de la expresión :
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