Ciencia, Tecnología y Ambiente Física II

Energía Térmica 1

Aprendizajes Esperados

Al finalizar el presente tema, el estudiante muestra que:

Comprende el significado de la temperatura y el importante papel que desempeña en los fenómenos térmicos.

Describe las características de las escalas termométricas.

Identifica diferencias y semejanzas entre las escalas termométricas, en cuadros comparativos.

Introducción

osotros experimentamos la temperatura todos los días. Cuando estamos en verano, generalmente decimos ¡Hace calor!, y en invierno ¡Hace mucho frío! Los términos que frecuentemente usamos: “frío” y “caliente”, son simplemente nuestra percepción al tener

contacto con otros cuerpos o sustancias y que no siempre quiere decir que frío es baja temperatura o caliente signifique alta temperatura.

El hombre inventó la palabra “caliente” para describir la sensación fisiológica que experimentaba. Después inventó algún instrumento de medición para medir el grado de “caloricidad” de los cuerpos. Con la invención de este instrumento, el termómetro, apareció el término “temperatura”.

En consecuencia, el concepto de temperatura juega un papel importante en la física, en la biología, en la química y en general en nuestra vida diaria.

Concepto Es una rama de la Física que se ocupa de los métodos y medios para la medición de la temperatura (o nivel térmico) de cuerpos o sistemas.

Energía Térmica Es la forma de energía acumulada en las partículas que constituyen un cuerpo, en forma de energía cinética y potencial, que se manifiesta como el incremento de temperatura.

Se puede decir también que es una forma de energía cinética que posee un cuerpo o sistema producida por el movimiento aleatorio de los átomos y moléculas que lo componen.

Las moléculas de los sólidos, líquidos y gases están en movimiento constante y, además interaccionan entre ellas.

Si las moléculas se mueven, disponen de energía cinética y, si las moléculas interaccionan entre sí, disponen de energía

potencial.

La energía térmica o interna es la energía total de un objeto, es decir, la suma de las energías cinética y potencial de sus

moléculas.

La mayor fuente de energía térmica disponible para el hombre es el Sol. Una vez que la energía térmica sale del Sol (en forma

de radiación) es llamada Calor.

Temperatura Es la magnitud escalar relacionada con la “energía sensible” de un sistema termodinámico, la que está asociada a los movimientos de las partículas del sistema, sea en sentido traslacional, rotacional, o en forma de vibraciones.

La temperatura mide el grado de agitación molecular promedio que en su interior tiene un objeto, es decir, representa una medida de la energía cinética promedio de traslación de sus moléculas.

T1 T2

(1) (2)

N

Las esferas simulan a átomos de cualquier substancia, los cuales pueden vibrar con cierta intensidad, dependiendo de su temperatura.

T2 > T1

Guía de Aprendizaje Quinto Grado

Ingº Walter Silva Serrano 2

La temperatura se puede interpretar, macroscópicamente como una medida de la calidez o frialdad a la que se encuentra un objeto y, microscópicamente como la cuantificación de la actividad molecular de la materia.

La temperatura es proporcional a la energía cinética promedio de las partículas de un cuerpo:

Si las partículas vibran con menor intensidad, el cuerpo tiene _________________________________.

En un cuerpo más caliente las partículas se mueven _______________________.

Energía Térmica y Temperatura

Se tiene un balde y una taza con agua a 60°C

a. Si ambos están a la misma temperatura (60°C), en el balde y en la taza hay la misma energía cinética molecular promedio de traslación.

b. A pesar de que ambos están a la misma temperatura (60°C), en el balde hay más energía cinética molecular total (energía térmica), porque hay más moléculas que en la taza.

Por consiguiente:

- La temperatura no depende del tamaño del objeto, porque es un valor promedio.

- La energía térmica en un cuerpo es proporcional al número de partículas o tamaño.

60°C

60°C

Aplicación N° 1

¿Qué sucede con la “energía cinética traslacional media” de las moléculas de un cuerpo que varía su temperatura de – 6 °C a – 8°C?

a) aumenta b) disminuye c) se mantiene igual

Aplicación N° 2

Se tiene un recipiente A con tres litros de agua a 80 °C y otro recipiente B con un litro de agua también a 80 °C. Indique en cuál de los recipientes hay más energía cinética molecular.

Rpta. : _________________________

Equilibrio Térmico Es aquel estado particular en el que las moléculas de dos o más cuerpos en contacto vibran en promedio con la misma rapidez, siendo por consiguiente, iguales sus temperaturas.

Ley de Equilibrio Térmico (Ley Cero de la Termodinámica)

“Si dos cuerpos a diferente temperatura se ponen en contacto, al cabo de cierto tiempo ellos adquirirán una temperatura común llamada Temperatura de Equilibrio, cuyo valor estará comprendido entre los valores de las temperaturas iniciales de los dos cuerpos”.

((O)) ((((O)))) (((O))) (((O)))

TA A B TB TE A B TE TA ≤ TE ≤ TB

Medición de la Temperatura El desarrollo de técnicas para la medición de la temperatura ha pasado por un largo proceso histórico, ya que es necesario darle un valor numérico a una idea intuitiva como es lo frío o lo caliente.

Generalmente se recurre, para medir las temperaturas, al cambio que experimenta alguna de las propiedades fisicoquímicas de los materiales o las sustancias al variar la temperatura. Así por ejemplo, la longitud de un sólido, el volumen de un líquido, la presión de un gas, el color de un sólido o la conductividad eléctrica de un conductor o semiconductor.

El cuerpo o sustancia que se elige para medir la temperatura se denomina Cuerpo o sustancia termométrica y la magnitud mediante la cual se mide ésta, se llama Magnitud termométrica.

El Termómetro

Es aquel instrumento que, mediante cierta escala, mide la temperatura de un cuerpo (o sistema) en forma cuantitativa.

Por lo general, el termómetro consta de una ampolla llena de líquido (sustancia termométrica) unida a un fino capilar, todo ello encerrado en una cápsula de vidrio o cuarzo en forma de varilla.

Su funcionamiento está basado en la dilatación que produce el calor en la sustancia contenida en un tubo de vidrio (mercurio, alcohol, gas, etc.).

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Energía Térmica 3

Escalas Termométricas Los termómetros pueden ser calibrados de acuerdo a una multitud de escalas, las que dan lugar a unidades de medición de la temperatura. Esta calibración se realiza tomando dos puntos o temperaturas referenciales que se consideran fijas, luego, el espacio comprendido entre estos dos puntos, se divide en un cierto número de partes iguales, cada una de las cuales recibe el nombre de “ grado ”.

Escala Celsius (°C)

Se llama así en honor del astrónomo sueco Anders Celsius.

Asigna arbitrariamente el número 0 a la temperatura de fusión del hielo y el número 100 a la temperatura de ebullición del agua (a la presión atmosférica normal).

El intervalo entre la fusión del hielo y la ebullición se divide en 100 partes iguales, cada de las cuales se denomina grado Celsius.

Escala Fahrenheit (°F)

Se llama así en honor al físico alemán Gabriel Fahrenheit.

Es la escala que aún se usa comúnmente en Estados Unidos, fija un valor de 32 a la temperatura de congelación del agua y un valor de 212 a la temperatura de ebullición.

El intervalo se divide en 180 partes iguales, cada una de las cuales se denomina grado Fahrenheit (ºF)

Escala Kelvin (K)

Llamada así en honor del físico británico Lord Kelvin. Es la escala que se usa en la investigación científica, siendo además la unidad de temperatura en el Sistema Internacional.

En la escala Kelvin se asigna el número cero a la menor temperatura posible (CERO ABSOLUTO). A esta temperatura las sustancias ya no tienen energía cinética que ceder.

Relaciones de Conversión

Para convertir entre si las escalas presentadas, se utiliza la siguiente proporción:

C F 32 K 273

100 180 100

Simplificando: C F 32 K 273

5 9 5

De donde se puede deducir: K = C + 273 9F = C + 32

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Actividades Finales

1. Infiere. Se tienen dos cuerpos:

El primero presenta moléculas con poco movimiento

El segundo presenta moléculas con mucha energía cinética

¿Cuál de los dos tendrá mayor temperatura?

2. La cantidad que nos dice que tan caliente y que tan frío está un objeto en comparación con una referencia es la__________

a) Masa b) energía c) velocidad d) temperatura e) densidad

3. Calcula:

Una persona tiene normalmente una temperatura 36°C. ¿A cuántos grados Fahrenheit equivale esto?

Texas, una ciudad del estado de Nevada, tiene una temperatura promedio de 49°F,

a) ¿A cuántos °C equivale?

b) ¿Qué tipo de vestimenta usarán los tejanos?