Fisica IIProycto 2ndo Parcial

Equipo:

Campa Navarro Ana Bolena

Duarte García José Mario

Wong Moreno Rafael Alejandro

Termología Es la parte de la física que estudia el calor y sus efectos sobre la materia.

Temperatura

Es una cantidad física que caracteriza el movimiento randómico medio de las moléculas en un cuerpo físico.

Las partículas constituyentes de los cuerpos están en continuo movimiento. Entendemos como temperatura la grandeza que mide el estado de agitación de las partículas de un cuerpo, caracterizando su estado térmico

La temperatura de un cuerpo indica en qué dirección se desplazará el calor al poner en contacto dos cuerpos que se encuentran a temperaturas distintas, ya que éste pasa siempre del cuerpo cuya temperatura es superior al que

tiene la temperatura más baja; el proceso continúa hasta que las

temperaturas de ambos se igualan.

Escalas termométricas

CelciusSe divide el intervalo de temperatura de ebullición del agua en 100 partes –o grados- , el punto de fusión es 0°C y de ebullición 100°C. Esta escala es de uso popular en los países que adhieren al Sistema Internacional de Unidades, por lo que es la más utilizada mundialmente.

FahrenheitEsta escala divide los intervalos de temperatura entre el punto de fusión del hielo y el punto de embullición del agua en 180 grados; punto de congelación: 32°F, punto de ebullición:212°F. Esta escala se utilizaba en la mayoría de los países anglosajones para todo tipo de uso.

Rankine

La escala absoluta/Kelvin. El límite teórico inferior de la misma no se puede alcanzar interpretándose los °K como el estado energético más bajo que pueden llegar a alcanzar las moléculas de la materia. En los laboratorios de bajas temperaturas se han alcanzado valores muy bajos, cercanos a -273.16° C. Punto de fusión: 273.1°K; Punto de ebullición:373.1°K.

Kelvin

Esta también es una escala absoluta, pero considerando las divisiones de la escala Fahrenheit, en esta escala 0°F corresponden a 459.6°R.

Reaumur

Un valor de 0° Réaumur corresponde al punto de congelación del agua y 80° Reaumur al punto de ebullición del agua.

William John Macquorn Rankine (5 de julio de 1820 - 24 de diciembre de

1872), fue un ingeniero y físico

escocés.

René Antoine Ferchault de

Réaumur (28 de febrero de

1683 -., 17 de octubre de 1757), fue un polímata,

físico francés.

William Thomson, primer barón Kelvin (26 de junio de 1824, 17 de diciembre de

1907), fue un físico y matemático

británico.

Daniel Gabriel Fahrenheit

(24 de mayo de 1686, 16 de

septiembre de 1736) fue un físico,

ingeniero y soplador de vidrio alemán

étnico

Anders Celsius

(1701-1744) fue un físico y astrónomo

sueco.

Con esto se puede entender que un grado de temperatura en alguna escala no corresponde a la misma medida que en la otra (excepto en las escalas que se deriban una de la otra). Por ejemplo, es correcto decir que un grado Celsius es mas grande que un Farenheit, debio a que, entre el punto de fusión y ebullición, el Fahrenheit tiene mas divisiones o grados que en la Celsius, por lo que sus medidas calculan una magnitud menor por grado.

Conversiones de grados

Ejercicio de Temperatura

Dada la información anterior:

1. Un día de verano se registra una temperatura mínima de 10º C y una máxima de 32ºC. Determine el intervalo de temperatura (variación térmica) de ese día en:

a) grados Celsius

b) Kelvin

c) grados Fahrenheit.

Datos:

Tmin = 10 ºC

Tmax = 32 ºC

a) ΔT = Tmax - Tmin = 32 ºC – 10 ºC = 22 ºC

b) TminK = 10 + 273 = 283 K TmaxK = 32 + 273 = 305 K ΔT = Tmax - Tmin = 305 K – 283 K = 22° K

c) TminF = 9 *10 / 5 + 32 = 50 ºF TmaxF = 9*32 /5 + 32 = = 89,6 ºF ΔT = Tmax - Tmin = 89,6 ºF – 50 ºF = 39,6 ºF

Ejercicios propuestos Convertir 100°F a grados centígrados:

Convertir 100°C a grados Fahrenheit

Convertir 100°C a grados Kelvin

Convertir 50 grados Kelvin a grados Centígrados

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

Convertir 100°C a grados Fahrenheit

°F = 9/5 °C + 32 = 9/5 (100) + 32 = 9 x 100 / 5 + 32 = 180 + 32 = 212°F

Convertir 100°C a grados Kelvin

K= °C + 273,15 = 100 + 273,15 = 273,15 K

Convertir 50 grados Kelvin a grados Centígrados

°C= K – 273,15 = 50 – 273,15 = -223°C

Calor

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.

Q=mCe∆T

Calor Sensible

Cantidad de calor que absorbe o libera un cuerpo sin que en el ocurran cambios en su estado físico. Cuando a un cuerpo se le suministra calor sensible en este aumenta la temperatura.

Formas de propagación de calor

Conducción:

Es la propagación del calor a través de un cuerpo solido debido al choque entre moleculas. Convección:

Es la propagación de calor ocasionada por el movimiento de la sustancia caliente Radiación:

Es la propagación de calor por medio de ondas electromagnéticas esparcidas en el vacío.

Unidades para medir el calor

Caloría:Su función es expresar la energía térmica, señalando la cantidad de calor que se necesita, con presión normal, para incrementar la temperatura de 1 gramo de H2O en 1ºC

En el Sistema Internacional, la caloría debe ser reemplazada por los Jules (una caloría equivale a 4.1855 Jules), aunque su uso se conserva ya que se ha popularizado para expresar el poder energético que poseen los alimentos.

Calor Especifico

Es la cantidad de calor que necesita un gramo de una sustancia para elevar su temperatura a un grado centígrado.

Cuanto mayor es el calor específico de las sustancias, más energía calorífica se necesita para incrementar la temperatura. Por ejemplo, se requiere ocho veces más energía para incrementar la temperatura de un lingote de magnesio que para un lingote de plomo de la misma masa.

Ejercicios

Que cantidad de calor se le debe aplicar a 500g de un vaso de agua para que eleve su temperatura de 15°C a 65°C?

Formula: Q=mCe(Tf-Ti) Ce del agua: 1 cal/g°C

Q=(500g)(1 cal/g°C)(65°C-15°C)

Q=(500g)(1 cal/g°C)(50°C)

Q=25,000 cal

Se ocupan 25,000 cal para elevar

la temperatura 50°C

Ejercicios

Un pedazo de aluminio de 1200 g se encuentra a 90°C, Cuanto calor se necesita para disminuir su temperatura a 20°C?

Formula: Q=mCe(Tf-Ti) Ce del Al: .217 cal/g°C

Q=(1200g)(.217 cal/g°C)(20°C-90°C)

Q=(1200g)(.217 cal/g°C)(-70°C)

Q=-18,228 cal

Se necesita quitarle 18,228 calorías

Para disminuir su temperatura 70°C

Calor Latente

Cuando una sustancia de congela, se funde o se evapora absorbe cierta cantidad de calor llamada calor latente. Aunque requiere cierta cantidad de calorías la sustancia no aumenta o disminuye la temperatura.

Calor Latente de vaporización

Es la energía requerida por una cantidad de sustancia para cambiar de fase, de líquido a gaseoso o viceversa (condensación).

Es la energía requerida por una cantidad de sustancia para cambiar de fase, de sólido a líquido o viceversa (solidificación).El calor de fusión es una propiedad característica de cada sustancia, pues según el material de que este hecho el solido requiere cierta cantidad de calor para fundirse

Calor latente de fusión

Es importante saber que cada materia tiene un calor latente distinto; cada sustancia tiene sus propios calores latentes de fusión y vaporización.

Agua:Λf = 80cal/g

Λe = 540ca/g

Ejercicios Calcula el calor que ocupa un vaso de

agua de 900g a 20°C para que llegue a ser vapor a 120°C.

Formula: Q=mCe(Tf-Ti)Q=(900g)(1 cal/g°C)(100°C-20°C)Q=(900g)(1 cal/g°C)(80°C)Q=72,000 cal

Q=mλQ=(900g)(540 cal/g)Q=486,600 cal

Formula: Q=mCe(Tf-Ti)Q=(900g)(.48 cal/g°C)(120°C-100°C)Q=(900g)(.48 cal/g°C)(20°C)Q=8,640 cal

∆Q: 567,240 calorías

Equilibrio Termodinámico

Es aquel estado en el cual se igualan las temperaturas de dos cuerpos, las cuales, en sus condiciones iniciales presentaban diferentes temperaturas. Una vez que las temperaturas se equiparan se suspende el flujo de calor, llegando ambos cuerpos al mencionado equilibrio término.

Ejercicio

1500 g de agua a 60°C se mezclan con 200g de agua a 20°C en un tambo. Calcula la temperatura final que alcanzan.

mCe∆T=mCe∆T(-1500g)(1cal/g°C)(Tf-60°C)=(200g)(1cal/g°C)(Tf-20°C)

(-1500g)(Tf-60°C)=(200g)(Tf-20°C)

-15,00Tf+90,000= 200Tf– 4,000

-15,000Tf-200TF=-4,000-90,000

-15,200TF=-94,000/-15,200

Tf= 6.18 °C

Ejercicos Propuestos de Calor ¿Qué masa tiene una plancha de cobre si cede 910 cal al enfriarse desde 192 oC

hasta -8 oC?

Hallar el calor que se debe extraer de 20 g de vapor de agua a 100 °C para

condensarlo y enfriarlo hasta 20 °C.

A 500 g de hielo a –20 °C se le agregan 257.500 cal. ¿En qué estado quedan

los 500 g de hielo?

Calcular la cantidad de calor necesaria para transformar 10 g de hielo a 0 °C en

vapor a 100 °C.

Ejercicos Propuestos de Calor ¿Qué masa tiene una plancha de cobre si cede 910 cal al enfriarse desde 192 oC

hasta -8 oC?

48,4g

Hallar el calor que se debe extraer de 20 g de vapor de agua a 100 °C para

condensarlo y enfriarlo hasta 20 °C.

12,4 kcal

A 500 g de hielo a –20 °C se le agregan 257.500 cal. ¿En qué estado quedan

los 500 g de hielo?

Estado líquido a 100 °C

Calcular la cantidad de calor necesaria para transformar 10 g de hielo a 0 °C en

vapor a 100 °C.

800 cal

Dilatación

A la variación en las dimensiones de un sólido causada por calentamiento (se dilata) o enfriamiento (se contrae) se denomina Dilatación térmica.

Los cambios de temperatura en diferentes cuerpos varían, pero la contracción y dilatación se muestran en tres dimensiones: largo, ancho y alto.

En los gases se muestra una dilatación mayor que en los líquidos y éstos más que los sólidos.

Formula

El cambio total de longitud de la dimensión lineal que se considere, expresarse como:

Donde:

α=coeficiente de dilatación lineal [1/C°]

Li= Longitud inicial del cuerpo.

Lf= Longitud final del cuerpo.

Ti= Temperatura inicial del cuerpo.

Tf= Temperatura final del cuerpo.

Dilatación lineal

Esta dilatación predomina en solo una dimensión de un cuerpo, es decir, el largo.

Coeficiente de dilatación lineal

Es el incremento de longitud que presenta una varilla de determinada sustancia, con un largo inicial de un metro, cuando su temperatura se eleva un grado Celsius.

Problemas Rresueltos

A una temperatura de 15°C una varilla de plata tiene una longitud de 5 cm. ¿Cuál será la longitud al aumentar la temperatura a 25°C?

Solución:

𝐿𝑓= [1+ ( − )]𝐿𝑖 𝛼 𝑇𝑓 𝑇𝑖𝐿𝑓=5 [1+18.3𝑚 𝑥〖 10〗^(−6) (25° −15° )]𝐶 𝐶𝐿𝑓=5.000915m

Dilatación superficial Es aquella en la que predomina la variación en dos dimensiones de un cuerpo, es decir, el largo y el ancho.

Fórmula

Donde:

es el área final

es el área inicial

es coeficiente de dilatación de área determinada en 1/°C

es temperatura final es temperatura inicial

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.

Coeficientes de dilatación de área

Sustancia

Hierro 23.4x

Aluminio 44.8x

Cobre 33.4x

Plata 36.6x

Plomo 54.6x

Níquel 25.0x

Acero 23.0x

Vidrio 14.6x

Problemas Resueltos

A una temperatura de 17°C una ventana de vidrio tiene un área de 1.6.¿Cuál será su área final al aumentar su temperatura a 30°C?

Solución:

1.60

Dilatación volumétrica Es aquella en la

predomina la variación en tres dimensiones de un cuerpo, es decir, el largo, el ancho y el alto.

Formula

Donde:

es el volumen final

es el volumen inicial

es el coeficiente de dilatación cúbica determinado en 1/°C o °

Coeficiente de dilatación cúbica

Es el incremente de volumen que experimenta un cuerpo de determinada sustancia, de volumen igual a la unidad, al elevar su temperatura un grado Celsius.

Se representa con la letra griega beta (β)

Sustancia

Hierro 35.1x

Aluminio 67.2x

Cobre 50.1x

Acero 34.5x

Vidrio 21.9x

Mercurio 182x

Glicerina 485x

Alcohol etílico 746x

Petróleo 895x

Gases a 0°C 1/273

Problemas Resueltos

Una barra de hierro de 0.01 a 16°C se calienta a 40°C. ¿Cuál fue su dilatación cúbica?

Solución:

0.010008424

Ejercicios Propuestos 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?

2.- En un experimento en laboratorio los ingenieros quieren saber la temperatura en la que un cuerpo de plomo alcanza los 25.43 m de longitud, cuando inicialmente se mantiene 25.34 m a una temperatura de 26°C.

3.- Una placa cuadrada de zinc mide 1.5 cuando su temperatura es de 50°C. Calcula su dilatación superficial en cm² si su temperatura disminuye 35°C.

4.- Un tubo de cobre tiene un volumen de 0.009m³ a 10°C y se calienta a 200°C. Calcular

A) ¿Cuál es su volumen final?

B) ¿Cuál es su dilatación cúbica en m³ y en litros?

Ejercicios Propuestos 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?

1500.3465m

2.- En un experimento en laboratorio los ingenieros quieren saber la temperatura en la que un cuerpo de plomo alcanza los 25.43 m de longitud, cuando inicialmente se mantiene 25.34 m a una temperatura de 26°C.

148.4772°C

3.- Una placa cuadrada de zinc mide 1.5 cuando su temperatura es de 50°C. Calcula su dilatación superficial en cm² si su temperatura disminuye 35°C.

-55.755cm2

4.- Un tubo de cobre tiene un volumen de 0.009m³ a 10°C y se calienta a 200°C. Calcular

A) ¿Cuál es su volumen final?

B) ¿Cuál es su dilatación cúbica en m³ y en litros?

a) .009085m3

b) .0000855m3 = .085lts

Funcionamiento de un aire acondicionado.

La climatización es el proceso de tratamiento del aire de tal forma que se controlan simultáneamente su

temperatura, humedad, limpieza y distribución para responder a las exigencias del espacio climatizado.

Historia del Aire Acondicionado

Fue en el año 1842 cuando Lord Kelvin inventó el principio del aire acondicionado. Con el objetivo de conseguir un ambiente agradable y sano, el cientifico creó un circuito frigorífico hermético que se basa en la absorción del calor a través de un gas refrigerante. Para ello, se basó en 3 principios:

1. El calor se transmite de la temperatura más alta a la más baja.

2.El cambio de estado del líquido a gas absorbe calor.Ej. Si humedecemos la mano en alcohol, sentimosfrío en el momento en que este se evapora, puesto que absorbe el calor de nuestra mano.

3.La presión y la temperatura están directamente relacionadas.Ej. En un recipiente cerrado (olla presión) necesitamos proporcionar menor cantidad de calor para llegar a la misma temperatura.

El funcionamiento de un aire acondicionado es una aplicación muy útil para ejemplificar muchos de los temas vistos.

Un sistema split está formado por una unidad interior y otra exterior, conectadas entre sí mediante pequeños tubos de cobre. La unidad interior extrae calor del ambiente y lo evacua a través de la unidad exterior. La unidad interior distribuye de manera uniforme el aire frío en el ambiente. ¿Cómo ocurre esto?

Este liquido se haya generalmente a 2°C, y por tener menor temperatura, este le extrae el calor a el aire que entra al aparato y la sustancia se evapora, pasa por el compresor, las moléculas se mueven mas y aumenta la temperatura de la sustancia, donde ya esta en la parte externa del aparato y se encuentra sediendo calor al ambeinte de afuera de la habitación. Mientras tanto, el aire absorbido vuelve mas frío. Prácticamente es tomar prestado algo de aire, extraerle calor y regresarlo.

Más explícito….

Los aparatos de refigeración cuentan con una sustancia líquida que es capás de cambiar de temperatura muy fácilmente.El aire caliente es absorbido por el aparato y pasa por una serie de tubos en zig-zag con el líquido dentro.

Expansión - Al principio, el refrigerante está en estado líquido en la unidad exterior a alta presión. Es necesario enviarlo a la unidad interior y, para conseguir el efecto de refrigeración, se manda a través de un elemento de expansión. Con ello se consiguen dos cosas: reducir la presión y la temperatura del líquido, dejándolo con las condiciones óptimas para la operación.

Evaporación - En el evaporador (dentro de la unidad interior), el líquido se evapora, cediendo frío al aire del local a climatizar (impulsado por un ventilador). Todo el refrigerante se evapora en el evaporador y como resultado se obtiene gas.

Compresión - Este gas vuelve a la unidad exterior para convertirse, de nuevo, en líquido. El primer paso es comprimir el gas. Esta operación se efectúa en el compresor obteniendo gas a alta presión.

Condensación - El vapor a alta presión circula a través del condensador. Se evacua el calor al exterior y se obtiene el refrigerante en estado líquido.

Ejemplo

Conclusión:

Cabe mencionar que en el funcionamiento de un aire acondicionado se emplean muchos elementos de la física; que se abordaron en este parcial y en anteriores.Existen cambios de temperatura, transferencia de calores, cambios en los estados de agregación y calores específicos de sustancias para el enfriamiento del aire así como la utilización de presión para generar que las moléculas se junten y ocurra fricción para que éstas aumenten su calor.Los cambios de temperatura o las transferencias de calor influyen en nuestras actividades diarias, en la naturaleza de sustancas así como en los propios procesos del cuerpo

http://200.58.146.28/nimbus/weather/pdf/cap3.pdfhttp://fisicayquimicaenflash.es/temaspdf/eso/fq/fq4/etermica4.pdfhttp://www.frio7.com/docutecn/conceptos_funcionamiento_aa.pdfhttp://www.ecured.cu/index.php/Calor_sensiblehttp://es.wikipedia.org/wiki/Calor_latentehttp://www.definicionabc.com/ciencia/equilibrio-termico.phphttp://www.daikin.es/aire-acondicionado/funcionamiento/https://www.youtube.com/watch?v=f-bsG4JDhpYhttp://www.fisimat.com.mx/dilatacion-lineal-superficial-y-volumetrica-ejercicios-resueltos/http://www.fisic.ch/cursos/segundo-medio/gu%C3%ADas-de-ejercicios/

Referencias