Física 1

Contenido

• Temperatura y Calor• Termodinámica• Movimiento Oscilatorio• Ondas• Óptica

Unidad 1

Temperatura y Calor

Termología

Temperatura

La temperatura denota lo caliente o frío que esta un objeto.

¿Qué nos indica la temperatura?

Influencia de la temperatura

Muchas propiedades de la materia cambian con la temperatura:

• Los materiales se expanden.

• La resistencia eléctrica varía.

• Los materiales cambian de color.

Termómetro

• Es el instrumento diseñado para medir la temperatura.• Principio de funcionamiento:

– Se basan en alguna propiedad de la materia que cambia con la temperatura.

– El empleo de una escala adecuada.

Por Ejemplo:

Dilatación delMercurio Agua (Escala)

Capta la variación de la temperatura Congelación Ebullición

Equilibrio térmico

• Si el sistema A está aislado del sistema B pero están en contacto térmico con el sistema C, luego de un tiempo, B estará en equilibrio térmico con C, y A estará en equilibrio térmico con C, entonces Aestará en equilibrio térmico con B y C.

A B

C

Termómetro de bulbo

• Tubo de vidrio hueco lleno de mercurio o alcohol coloreado con tintura roja.

• El liquido se expande mas que el vidrio, de modo que el nivel del liquido se eleva en el tubo.

Termómetro bimetalico

0 100 300200400

Dos metales distintos con diferente coeficientes de expansión

Escalas de Temperatura

100 212

0 49232273

672373

-4600-273 0

Celsius °C

Kelvin K

Fahrenheit °F

Rankine °REbullición

del Agua

Congelación del Agua

Cero Absoluto

Conversión de unidades

• Equivalencia de escalas:

• Diferencias de temperaturas:

9492R

5273K

932F

5C −°

=−

=−°

=°

9RΔ

5ΔK

9FΔ

5CΔ °

==°

=°

Problema 1

• La temperatura normal de un cuerpo es de 98,6°F¿A cuanto equivale esto en la escala Celsius?

C379566,6CX

9F32F98,6

5CX

°=•=°

°−°=

°

0°C 32°F

212°F100°C

98,6°FX°C 180100

Problema 2

• Un horno ha incrementado su temperatura en 800°C ¿Cuál es dicho valor en °F?

Problema 3

• El coeficiente de dilatación de una barra metálica es de α=11x10-6 1/°C. Cual será el valor del coeficiente en 1/°F

Problema 4

• A través de una barra metálica se quiere medir la temperatura de un horno, para eso se coloca a una temperatura de 22 °C en el horno. Después de un cierto tiempo se retira la barra del horno y se verifica que la dilatación sufrida equivale a 1,2 % de su longitud inicial, sabiendo que α = 11x10-6 1/°C. Determine : La temperatura del horno en el instante en que la barra fue retirada.

Dilatación lineal

LLoo ΔΔLL

Δ ΔLL == LLoo α α ΔΔTT LLff == LLoo(1(1++ααΔΔΤ)Τ)

LLoo = = Longitud inicialΔΔL =L = Incremento de longitud

ΔΔT = T = TTff ––TTo o = = Incremento de temperatura

αα== Coeficiente de expansión lineal (1/°C)

Lf = Longitud final

Problema 5

• ¿Que temperatura debe alcanzar el anillo para colocarlo en la varilla cilíndrica de hierro?

20°C64,53

64,20

hierro

Problema 6

• La plataforma de la figura es horizontal y está apoyada en 2 columnas; una de Aluminio y otra de Hierro . Determine las longitudes de las barras a 0 °C para que la plataforma permanezca horizontal a cualquier temperatura, Sabiendo que la diferencia de nivel entre los puntos A y B es de 50 cm.

Dilatación superficial

• Es aquella en la que predomina la variación en dos (2) dimensiones de un cuerpo, es decir: el largo y el ancho.

• El coeficiente de dilatación superficial es aproximadamente el doble del lineal.

Δ ΔSS == SSoo ββ ΔΔTT

SSff == SSoo(1(1++ββΔΔΤ)Τ)

2αα=β

Problema 7

• Un disco de plomo tiene a la temperatura de 20°C un diámetro de 30 cm. ¿Cuáles serán su diámetro y su área a la temperatura de 60°C? α plomo = 2,9x10-5 1/°C.

30 cm

?

20°C60°C

Dilatación volumétrica

• Es aquella en la predomina la variación en tres (3) dimensiones de un cuerpo, es decir: el largo, el ancho y el alto.

Δ ΔVV == VVoo γγ ΔΔTT

VVff == VVoo (1+(1+ γγ ΔΔT)T)

γγ == Coeficiente de expansión volumétrica (1/°C)

3α=γ

Problema 7

• Un tanque lleno de gasolina experimenta un cambio de temperatura. ¿Cuánta gasolina derramara el tanque?γgas=950x10-6 °C-1

Gasolina (70 L)

Ti = 20°C

Tf = 50°C

Problemas

• Un tubo de fierro de 200m transporta vapor a 120 °C ¿Cuál será la nueva longitud del tubo, si el montaje se hizo a 20°C? (αFe=12x10-6 1/°C)

• Un disco de laton tiene un orificio de 10 cm de diámetro en su centro a 70°F. Si el disco se coloca en agua hirviendo ¿Cuál será el nuevo diámetro del orificio? (β=38x10-6 1/°C).

• Un tapón de latón tiene un diámetro de 8,001 cm a 28°C ¿a que temperatura debe enfriarse el tapón si se desea que entre en un agujero de 8 cm?