Temperatura
Integrantes: Cristóbal Abarca
Alejandro Valdés
Pedro Vásquez
Profesor: Julio Naranjo
Asignatura: Plan diferenciado de
física
Temperatura
Introducción:
• Toda la materia (sólida, liquida y gaseosa) se compone de átomos
y moléculas en continua agitación. En virtud de este movimiento
aleatorio, los átomos y las moléculas de la materia tienen energía
cinética. La energía cinética promedio de estas partículas
individuales causa un efecto que podemos percibir: el calor.
Siempre que un objeto se calienta aumenta su energía cinética de
sus átomos o moléculas.
•
La cantidad que nos dice qué tan caliente o que tan frió está un
objeto en comparación con una referencia es la temperatura.
•
La experiencia muestra que dos objetos a temperaturas iniciales
diferentes cuando se ponen en contacto uno con otro, al pasar el
tiempo alcanzarán una temperatura intermedia
Equilibrio Térmico
• Cuando los objetos que están en contacto térmico alcanzan la
misma temperatura, ya no fluye calor entre ellos, decimos que los
objetos están en equilibrio térmico.
• La energía intercambiada entre objetos, gracias a una diferencia de
temperatura, recibe el nombre de calor.
• Dos objetos se encuentran en contacto térmico entre si, cuando
pueden intercambiar calor entre ellos.
Ejemplo: Cuando dejas que un queque recién hecho, se enfrié a
temperatura ambiente, lo que esta ocurriendo es un equilibrio
térmico entre el queque y el aire, en este caso el aire se calienta y
el queque se enfría.
Equilibrio Térmico
Ejercicio:
1)
Se mezcla una cierta cantidad de agua a 90ºC con el triple de
cantidad de leche a 30ºC. La temperatura de equilibrio de la
mezcla no puede tener el valor de:
a)
25ºC
b)
40ºC
c)
60ºC
d)
70ºC
e)
80ºC
Respuesta: A
Porque la temperatura de equilibrio no puede estar fuera del rango de
las temperaturas iniciales de los cuerpos. La única que esta fuera del
rango 30ºC – 90ºC es 25ºC.
Escala Termométrica
• Es la escala de temperatura de uso mas extendido, la escala
internacional, se asigna el numero 0 a la temperatura a la cual el
agua se congela, y el numero 100 a la temperatura a la cual el agua
hierve (a la presión de una atmósfera). El intervalo entre el punto de
congelación y de ebullición se divide en 100 partes iguales llamadas
grado. Esta escala de temperatura es la escala Celsius.
• En la escala de temperatura que es de uso común en Estados
Unidos el numero 32 designa la temperatura de congelación del
agua, y se asigna el numero 212 a la temperatura de ebullición del
agua. Esta escala de temperatura se conoce como escala
Fahrenheit. Esta escala se hará obsoleta si Estados Unidos adopta
el sistema métrico.
ºF = 9/5 • ºC + 32
ºC = 5/9 • (ºF – 32)
Escala Termométrica
• La escala que se emplea en la investigación científica es la del
SI: la escala Kelvin. Sus grados son del mismo tamaño que los
grados Celsius y se llaman “Kelvin”. En la escala Kelvin el
numero 0 se asigna a la temperatura mas baja posible: el cero
absoluto. A la temperatura del cero absoluto las sustancias ya
no tienen energia cinetica que ceder. El 0 de la escala Kelvin, o
cero absuluto, corresponde a -273º en la escala Celsius.
ºK = 273 + ºC
Escala Termométrica
Escala Termométrica
Ejercicio:
2) El termostato de un calefactor está ajustado para una temperatura
de 293ºK en el invierno. ¿A cuánto habría que ajustarlo si
utilizamos la escala Celsius?.
a)
-20ºC
b)
-10ºC
c)
0ºC
d)
10ºC
e)
20ºC
Respuesta: E
La formula de conversion entre la escala Celcius y la de Kelvin viene
dada por: ºC = ºK – 273
Reemplazando los datos, ºC = 293 – 273 --------> ºC = 20ºC
Termómetro
• El termómetro más conocido es el de líquido de mercurio o
alcohol coloreado, que se compone de un tubo capilar (vidrio)
ensanchado en su extremo inferior. Al aumentar la temperatura en
el termómetro se expande el líquido, (el tubo de vidrio también se
expande, pero muy poco, por lo que es despreciable)
ascendiendo por el capilar. Por otra parte si disminuye la
temperatura del termómetro, el líquido se contraerá,
produciéndose un descenso del líquido.
Tipos de Termómetros
• En física se utilizan varios tipos de termómetros, según el margen
de temperaturas a estudiar o la precisión exigida. Todos se basan
en una propiedad termométrica de alguna sustancia: que cambia
continuamente con la temperatura (como la longitud de una
columna de líquido o la presión de un volumen constante de gas).
Termómetros más usados:
•
Los de mercurio pueden funcionar en la gama que va de -39°C
(punto de congelación del mercurio) a 357°C (su punto de
ebullición), con la ventaja de ser portátiles y permitir una lectura
directa. No son, desde luego, muy precisos para fines científicos.
• El termómetro de gas de volumen constante es muy exacto, y tiene
un margen de aplicación extraordinario: desde - 27°C hasta 1477°C.
Pero es más complicado, por lo que se utiliza más bien como un
instrumento normativo para la graduación de otros termómetros.
Tipos de Termómetros
• Termómetro de resistencia: Consiste en un alambre de platino
cuya resistencia eléctrica cambia cuando cambia la temperatura.
• Termopar: Un termopar es un dispositivo utilizado para medir
temperaturas basado en la fuerza electromotriz que se genera al
calentar la soldadura de dos metales distintos.
• Pirómetro: Los pirómetros se utilizan para medir temperaturas
elevadas.
• Termómetro de lámina bimetálica: Formado por dos láminas de
metales de coeficientes de dilatación muy distintos y arrollados
dejando el de coeficiente más alto en el interior. Se utiliza sobre todo
como censor de temperatura en el termohigrógrafo.
• Digitales: Incorporan un microchip que actúa en un circuito
electrónico y es sensible a los cambios de temperatura ofreciendo
lectura directa de la misma.
Tipos de Termómetros
Termómetros especiales:
Para medir ciertos parámetros se emplean
termómetros modificados, tales como:
El termómetro de globo: para medir la
temperatura radiante. Consiste en un
termómetro de mercurio que tiene el bulbo
dentro de una esfera de metal hueca,
pintada de negro humo. La esfera absorbe
radiación de los objetos del entorno más
calientes que el aire y emite radiación hacia
los más fríos, dando como resultado una
medición que tiene en cuenta la radiación.
Se utiliza para comprobar las condiciones
de comodidad de las personas.
Tipos de Termómetros
• El termómetro de bulbo húmedo: para medir el influjo de la
humedad en la sensación térmica. Junto con un termómetro
ordinario forma un psicrómetro, que sirve para medir humedad
relativa, tensión de vapor y punto de rocío. Se llama de bulbo
húmedo porque de su bulbo o depósito parte una muselina de
algodón que lo comunica con un depósito de agua. Este depósito se
coloca al lado y más bajo que el bulbo, de forma que por capilaridad
está continuamente mojado.
Tipos de Termómetros
Los termómetros de máximas y mínimas son
termómetros usados en meteorología para
detectar la temperatura más alta y más baja del
día.
Tiene forma de U en su interior lleva dos líquidos:
mercurio y alcohol. En su interior lleva un índice
de acero en cada rama que permite deja indicada
la máxima y la mínima temperatura alcanzada en
cierto lapso.
Termómetro Médico
• Gran invención de Thomas Clifford Alibott en 1867.
• Es un instrumento en la que un dispositivo entre la ampolla y el
capilar de vidrio permite que el mercurio se expanda al subir la
temperatura, pero impide que baje a menos que se sacuda con
fuerzas.
• Uso: Primero debe desinfectarse con agua, jabón y alcohol para
luego sacudirlo hasta que alcance los 34º centígrados y después
colocarlo en las axilas, en la boca (de preferencia) o también puede
ser por vía rectal, manteniéndolo por unos 5 minutos.
• Finalmente se debe realizar la lectura del termómetro a la altura de
los ojos con la banda de color al lado opuesto y busque una franja
plateada que sale desde la ampolla hasta el punto que marca la
temperatura. (La Tº mínima del cuerpo es 36.25ºC y la máxima es
entre 38º y 39º C, por sobre de 41ºC puede causar graves daños).
Dilatación Térmica
• La dilatación térmica corresponde al efecto de que las
sustancias se "agrandan" al aumentar la temperatura. En
objetos sólidos, la dilatación térmica produce un cambio en las
dimensiones lineales de un cuerpo, mientras que en el caso de
líquidos y gases, que no tienen forma permanente, la dilatación
térmica se manifiesta en un cambio en su volumen.
• Tipos de Dilatación:
• Dilación Lineal
• Dilatación volumétrica
• Dilatación superficial: La dilatación superficial se refiere a la
variación de superficie que experimentan: planchas metálicas,
baldosas, vidrios de ventanas, discos, etc.
Dilatación Lineal
• Consideremos primero la dilatación térmica de un objeto sólido,
cuyas dimensiones lineales se pueden representar por Li , y que se
dilata en una cantidad ΔL. Experimentalmente se ha encontrado
que para casi todas las sustancias y dentro de los límites de
variación normales de la temperatura, la dilatación lineal ΔL es
directamente proporcional al tamaño inicial Li y al cambio en la
temperatura Δt, es decir:
∆L
L = λ • LLiI • ∆t
t
• Donde λ se llama coeficiente de dilatación lineal (variación de
longitud que experimenta una barra en 1cm, 1m, 1 pie, etc. cuando
la temperatura varia 1ºC) y que es característico para cada
sustancia. cuya unidad es el recíproco del grado, es decir º C  1
Dilatación Volumétrica
• La dilatación térmica de un líquido o un gas se observa como un
cambio de volumen ΔV en una cantidad de sustancia de volumen
Vi, relacionado con un cambio de temperatura Δt. En este caso, la
variación de volumen ΔV es directamente proporcional al volumen
inicial Vi y al cambio de temperatura Δt, para la mayor parte de las
sustancias y dentro de los límites de variación normalmente
accesibles de la temperatura, es decir:
∆V
V =β • Vi
V I• ∆t
t
• Donde β se llama coeficiente de dilatación volumétrica, medida en
la misma unidad que el coeficiente de dilatación lineal.
β=3
 3λ
• Coeficiente de dilatación superficial
Y γ=2λ
 2
Ejemplos de Dilatación
• Como ya sabemos cuando la temperatura de una sustancia
aumenta, sus moléculas se agitan más aprisa y normalmente tiende
a separarse. Esto da como resultado la expansión de la sustancia.
• Si las aceras de concreto y el pavimento de las carreteras se
tendiesen como una pieza continua, se formarían grietas a causa de
la expansión y la contracción ocasionales por las diferencias de
temperatura que sufre durante el día y durante las estaciones del
año.
• Los rieles de ferrocarril están separados una cierta distancia una de
otra, debido a que sufren expansión y contracción al igual que todas
las sustancias. Por eso en el invierno a los trenes se les nota más
los saltos que dan, por que los rieles sufrieron contracción, y en
verano se notan menos los saltos, porque la distancia de los rieles
es mas corta debido a la expansión que sufren.
Expansión del agua
• Casi todos los líquidos se expanden al calentarse. ¡El agua helada,
no obstante, hace todo lo contrario!. El agua a la temperatura de
fusión, o sea 0ºC (o 32ºF), se contrae cuando la temperatura
aumenta. Conforme se calienta y su temperatura se eleva, el agua
continua contrayéndose hasta que alcanza una temperatura de 4ºC.
Si la temperatura continua aumentando, el agua comienza a
expandirse; la expansión prosigue hasta el punto de ebullición
(100ºC).
• Esto significa que entre los 0ºC y los 4ºC el agua al calentarse se
contrae, o sea que ocupa un volumen menor y por lo tonto tiene una
mayor densidad.
Ejercicios
•
a)
b)
c)
d)
e)
1.Para aflojar la tapa de un frasco de mermelada, generalmente
se coloca la tapa bajo un chorro de agua bien caliente. ¿En cuál
de los siguientes fenómenos físicos se basa dicho efecto?.
Conducción
Contracción
Convecino
Dilatación
Presión
Respuesta: D
LA dilatación es la alternativa correcta, gracias a este fenómeno se
expande la tapa y se logra abrir.
Ejercicios
•
a)
b)
c)
d)
e)
2.Lorena toma una ducha fría en un día caluroso de verano.
Después de algunos minutos de salir de la ducha tiene una
sensación de calor debido a que:
se produjo un flujo de calor desde su cuerpo hasta el agua de la
ducha.
se produjo un flujo de calor del medio hacia su cuerpo.
su cuerpo está a más alta temperatura que el medio cuando sale
de la ducha.
se produjo un flujo de calor desde su cuerpo hacia el medio,
debido a que el día es caluroso.
el medio está a menor temperatura que se cuerpo cuando éste
sale de la ducha.
Respuesta: B
Se produjo un flujo de calor del medio hacia su cuerpo.
Ejercicios
•
a)
b)
c)
d)
e)
3.El termostato de un calefactor está ajustado para una
temperatura de 65ºF en el invierno del hemisferio norte. ¿A
cuánto habría que ajustarlo si utilizamos la escala Celsius del
hemisferio sur?.
a 10º
a 19º
22.4º
a 27º
18.3º
Respuesta: E
ºC = (ºF – 32) • 5/9
ºC = 165/9
ºC = (65 – 32) • 5/9
ºC = 18.3ºC
ºC = 33 • 5/9
Ejercicios
•
a)
b)
c)
d)
e)
4.El Coeficiente de dilatación lineal de un metal es 10^-5 [ºC]^-1.
Esto significa que cuando la temperatura de una barra de 1 [m]
de largo de este metal suba en 100ºC, su dilatación lineal será:
1
[cm]
1
[mm]
0,1
[mm]
0,001
[mm]
10^-6
[m]
Respuesta: B
L    LI  t
 L  10
5
º C 1  1m   100 º C 
 L  10
5
 10
 L  10
3
2
m ó 0 . 001 m   1mm 
Ejercicios
•
5.La temperatura de un día cualquiera de verano, en santiago,
fue 34[ºC] la maxima y 8[ºC] la minima. El rango de temperatura
en kelvin y fahrenheit para ese día fue, respectivamente:
a)
b)
c)
d)
e)
93,2 [ºK] y 46,8 [ºF]
26,0 [ºK] y 78,8 [ºF]
46,8 [ºK] y 78,8 [ºF]
26,0 [ºK] y 46,8 [ºF]
14,8 [ºK] y 26,0 [ºF]
Ejercicios
Respuesta: D --------> 26.0 [ºK] y 46,8 [ºF]
ºKM = 273 + ºC
ºKm = 273 + ºC
∆K = 307 [ºK] – 281 [ºK]
ºKM = 273 + 34
ºKm = 273 + 8
∆K = 26 [ºK]
ºKM = 307 [ºK]
ºKm = 281 [ºC]
ºFM = 9/5 • ºC + 32
ºFM = 9/5 • 34 + 32
ºFM = 306/5 + 32
ºFM = 93,2 [ºF]
ºFm = 9/5 • ºC + 32
ºFm = 9/5 • 8 + 32
ºFm = 72/5 + 32
ºFm = 46,4 [ºF]
∆F = 93,2 [ºF] – 46,4 [ºF]
∆F = 46,8 [ºF]
Ejercicios
•
6.Un material sólido de 20 [m] de largo, luego de ser sometido a
una variación de temperatura desde 167 [ºF] a 268 [ºK]
experimentó una contracción de 8 [cm]. ¿Cuál debe ser su
1
coeficiente de dilatación lineal en ºC]^-?.
ºC
a)
b)
c)
d)
e)
1 •1010
1
5
5 • 10
15 10
•
15
21 10
• 6
21
50 10
•
50
5  10
5
5
6
Ejercicios
5
Respuesta: B ---------> 55 •10
10^
L    LI  t
  L / LI  t
  0 . 08 / 20  80
  0 . 08 / 160
  5  10
5
º C   1
ºCi = 5/9 • (ºF – 32)
ºCi = 5/9 • (167 – 32)
ºCi = 5/9 • 135
ºCi = 675/9
ºCi = 75 [ºC]
ºCf = ºK – 273
∆t = 75 [ºC] – (-5) [ºC]
ºCf = 268 – 273
∆t = 80 [ºC]
ºCf = -5 [ºC]
Ejercicios
•
a)
b)
c)
d)
e)
7.“Al aumentar la temperatura del liquido de 0ºC a 4ºC, su
volumen disminuye”. Esta afirmacion se refiere:
a cualquier liquido.
al agua.
al oro en estado liquido.
al agua, pero solo en condiciones de laboratorio.
al cobre.
Respuesta: B
Esta afirmación se refiere al agua
Ejercicios
•
a)
b)
c)
d)
e)
8.¿A qué temperatura en la escala Celsius es igual a la medida
en la escala Fahrenheit?
-50º
-40º
40º
50º
no existe tal temperatura.
Respuesta: B
ºC = (ºF – 32) • 5/9
9x = (5x – 160)
x = -160/4
x = (x – 32) • 5/9
9x – 5x = -160
x = -40º
x = (5x – 160)/9
4x = -160
Ejercicios
•
I.
II.
III.
9.De las siguientes afirmaciones:
0º[C] corresponde a 32[ºF]
El punto de ebullición del agua en condiciones normales
corresponde a 373[ºK]
176[ºF] corresponden a 80[ºC]
Es(son) verdadera(s):
a)
Sólo I
b)
Sólo II
c)
Sólo III
d)
Sólo I y II
e)
Todas ellas
Respuesta: E
ºC = 5/9 • (ºF – 32)
ºC = 5/9 • (176 – 32)
ºC = 5/9 • 144
ºC = 720/9
ºC = 80[ºC]
Descargar

Temperatura