Temperatura

Integrantes: Cristóbal Abarca Alejandro Valdés

Pedro Vásquez

Profesor: Julio Naranjo

Asignatura: Plan diferenciado de física

TemperaturaIntroducción: • 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 TermómetrosTermómetros 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 = λ • Li • ∆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

tLL I

1º C

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 = β • Vi • ∆t

• Donde β se llama coeficiente de dilatación volumétrica, medida en la misma unidad que el coeficiente de dilatación lineal.

β=3 λ

• Coeficiente de dilatación superficial

γ=2λ

tVV I

3

2Y

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

• 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?.

a) Conducción

b) Contracción

c) Convecino

d) Dilatación

e) Presión

Respuesta: D

LA dilatación es la alternativa correcta, gracias a este fenómeno se expande la tapa y se logra abrir.

Ejercicios• 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:

a) se produjo un flujo de calor desde su cuerpo hasta el agua de la ducha.

b) se produjo un flujo de calor del medio hacia su cuerpo.

c) su cuerpo está a más alta temperatura que el medio cuando sale de la ducha.

d) se produjo un flujo de calor desde su cuerpo hacia el medio, debido a que el día es caluroso.

e) 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

• 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) a 10º

b) a 19º

c) 22.4º

d) a 27º

e) 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

• 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:

a) 1 [cm]

b) 1 [mm]

c) 0,1 [mm]

d) 0,001 [mm]

e) 10^-6 [m]

Respuesta: B

mmmómL

L

CmCL

tLL I

1001.010

1010

º1001º10

3

25

15

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) 93,2 [ºK] y 46,8 [ºF]

b) 26,0 [ºK] y 78,8 [ºF]

c) 46,8 [ºK] y 78,8 [ºF]

d) 26,0 [ºK] y 46,8 [ºF]

e) 14,8 [ºK] y 26,0 [ºF]

Ejercicios

ºFM = 9/5 • ºC + 32 ºFm = 9/5 • ºC + 32 ∆F = 93,2 [ºF] – 46,4 [ºF]

ºFM = 9/5 • 34 + 32 ºFm = 9/5 • 8 + 32 ∆F = 46,8 [ºF]

ºFM = 306/5 + 32 ºFm = 72/5 + 32

ºFM = 93,2 [ºF] ºFm = 46,4 [ºF]

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]

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 coeficiente de dilatación lineal en ºC]^-?.

a) 1 • 10

b) 5 • 10

c) 15 •

d) 21 •

e) 50 •

1º C

5101 5105 51015 61021 61050

Ejercicios

Respuesta: B ---------> 5 • 10^

ºCi = 5/9 • (ºF – 32)ºCi = 5/9 • (167 – 32)ºCi = 5/9 • 135ºCi = 675/9ºCi = 75 [ºC]

ºCf = ºK – 273

ºCf = 268 – 273

ºCf = -5 [ºC]

∆t = 75 [ºC] – (-5) [ºC]

∆t = 80 [ºC]

15 º105

160/08.0

8020/08.0

/

C

tLL

tLL

I

I

5105

Ejercicios

• 7.“Al aumentar la temperatura del liquido de 0ºC a 4ºC, su volumen disminuye”. Esta afirmacion se refiere:

a) a cualquier liquido.

b) al agua.

c) al oro en estado liquido.

d) al agua, pero solo en condiciones de laboratorio.

e) al cobre.

Respuesta: B

Esta afirmación se refiere al agua

Ejercicios

• 8.¿A qué temperatura en la escala Celsius es igual a la medida en la escala Fahrenheit?

a) -50º

b) -40º

c) 40º

d) 50º

e) 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

• 9.De las siguientes afirmaciones:

I. 0º[C] corresponde a 32[ºF]

II. El punto de ebullición del agua en condiciones normales corresponde a 373[ºK]

III. 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]