Capitulo 1 - Temperatura 2014-II

7/21/2019 Capitulo 1 - Temperatura 2014-II

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TEMPERATURA

Mgtr. Ing. Ral La Madrid [email protected]

SECCION FSICAwww.udep.edu.peAv Ramn Mugica 131. Piura. Per


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TERMODINMICA

La term od inm ica se puede definir como la c ien ci a de la energa. Aunquetodo mundo tiene idea de lo que es la energa, es difcil definirla de formaprecisa. La energa se puede considerar como la capacidad para causarcambios.

El trmino termodinmica proviene de las palabras griegas therme (calor) y

dynamis (fuerza)

En la actualidad, el concepto se interpreta de manera amplia para incluir losaspectos de energa y sus transformaciones, incluida la generacin depotencia, la refrigeracin y las relaciones entre las propiedades de lamateria.


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TEMPERATURA Y EQUILIBRIO TRMICO

TermmetrosTermmetro de mercurio Termmetro de gas Termmetro deresistencia elctrica


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Termopar

Un termopar (tambin llamado termocupla) es un transductor formado porla unin de dos metales distintos que produce un voltaje (efecto Seebeck),que es funcin de la diferencia de temperaturaentre uno de los extremosdenominado "punto caliente" o unin caliente o de medida y el otrodenominado "punto fro" o unin fra o de referencia.
http://es.wikipedia.org/wiki/Efecto_Seebeckhttp://es.wikipedia.org/wiki/Efecto_Seebeckhttp://es.wikipedia.org/wiki/Efecto_Seebeckhttp://es.wikipedia.org/wiki/Efecto_Seebeck


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Definic iones

Termmetro: (del griego (termo) el cul significa "caliente" y metro,"medir") es un instrumento de medicin de temperatura.

Equ il ib rio trm ico : es aquel sistema que en todo l que tiene la mismatemperatura.

Antes Despus
http://es.wiktionary.org/wiki/%CE%B8%CE%B5%CF%81%CE%BC%CF%8C%CF%82http://es.wiktionary.org/wiki/%CE%B8%CE%B5%CF%81%CE%BC%CF%8C%CF%82


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Ley cero de la termodinmica


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La ley c ero d e la termo di nm ica establece que si dos cuerpos seencuentran en equilibrio trmico con un tercero, estn en equilibriotrmico entre s.

La ley cero se puede volver a expresar como: dos cuerpos estn enequilibrio trmico s ambos tienen la misma lectura de temperatura incluso

si no estn en contacto.


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Escalas de temperatura

En magnitud o tamao:Un grado Celsius es ms Grande que

un Fahrenheit

100 180 (divisiones)

11 180 9

100 5

entonces,

9En magnitud: 1

5

C F

C x F

C Fx F

C

C F


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Escalas de temperatura

Escala de temperatura Fahrenheit

Hay 180 grados de diferencia entre la congelacin y la ebullicin, en vez de100 como en la escala Celsius.

9

325F CT T

5

329

C FT T


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TERMMETROS DE GAS Y LA ESCALA KELVIN


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273.15K C

T T

CUIDADO

Nunca diga gradoskelvinEn la nomenclatura del SI, no se usa gradocon laescala Kelvin; la temperatura de la figura se lee 293 kelvin,no gradosKelvin.

Kelvin con mayscula se refiere a la escala de temperatura; pero la unidad detemperatura es el kelvin, con minscula (aunque se abrevia K)


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Relaciones entre las escalas de temperatura Kelvin (K), Celsius (C) y Fahrenheit (F). Lastemperaturas se redondearon al grado ms cercano.


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Relaciones entre las escalas de temperatura Kelvin (K), Celsius (C), Fahrenheit (F) y Rankine(R). Las temperaturas se redondearon al grado ms cercano.

932

5

532

9

459.67

F C

C F

R F

T T

T T

T T


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EXPANSIN TRMICA

Expansin lineal

0L L T

0 1L L T

Donde

1 1:coeficientedeexpansin lineal K C


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Coeficientes de expansin lineal


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Expansin Volumtrica

0V V T

Donde1 1:coeficientedeexpansin devolumen K C

0 1V V T


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Demostracin relacin entre coeficiente de

expansin lineal y volumtrica

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Coeficiente de expansin de volumen


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PROBLEMAS

1.Un evaluador usa una cinta mtrica de acero quetiene exactamente 50 m de longitud a unatemperatura de 20 C. Qu longitud tiene en unda caluroso de verano en el que la temperaturaes de 35 C? acero=1.2x10-5K-1

: 50.009


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PROBLEMAS

2.En el ejemplo anterior, el evaluador usa la cintapara medir una distancia cuando la temperaturaes de 35 C; el valor que lee es 35.794 m.Determine la distancia real. Suponga que la

cinta est calibrada para usarse a 20 C.

: 35.8


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PROBLEMAS

2. En el ejemplo anterior, el evaluador usa la cinta para medir una distanciacuando la temperatura es de 35 C; el valor que lee es 35.794 m. Determinela distancia real. Suponga que la cinta est calibrada para usarse a 20 C.


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PROBLEMAS

3.Un frasco de vidrio con volumen de 200 cm3sellena hasta el borde con mercurio a 20 C.Cunto mercurio se desbordar si latemperatura del sistema se eleva a 100 C? El

coeficiente de expansin lineal del vidrio es de0.40x10-5K-1

: 2.7 3


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PROBLEMAS

3. Un frasco de vidrio con volumen de 200 cm3

se llena hasta el borde conmercurio a 20 C. Cunto mercurio se desbordar si la temperatura delsistema se eleva a 100 C? El coeficiente de expansin lineal del vidrio esde 0.40x10-5K-1


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Un dispositivo electrnico ha sido diseado en forma deficiente de modo que dostornillos unidos a piezas diferentes del dispositivo casi se tocan entre s en suinterior, como se ve en la figura. Los tornillos de acero y bronce estn a diferentespotenciales elctricos y si se tocan se produce un cortocircuito, lo cual daa aldispositivo. Si la distancia entre los extremos de los tornillos es 5.0 ma 27C, aqu temperatura se tocarn los tornillos? (3 puntos)

Ejercicio: prctica 1 2012I

6

0, 0,

, ,

6

5 5

0

6

5 10

5

5 10T=

1.9 10 (0.03) 1.2 10 (0.0

10

1)

T= 7.25 C

br ac br br acero acero

br o br ac o acero

L L L T L T x

TL L

x

x

x x

0 0 0Temperatura a la que se tocan 27 C 7.24 C= 34.25 C


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Ejercicio: prctica 1 2012II (5 puntos)

Se tiene un real brasilero de 1.9 cm de dimetro a 20 C, y est hecho de una

aleacin (principalmente zinc) con un coeficiente de expansin lineal de 2.6x10-5

K-1

.Qu dimetro tendra: en un da caluroso en Rio de Janeiro (48 C)? (2 puntos)Y en una noche fra en las montaas de Groenlandia (-53 C)?(2 puntos)

0

15 3

Para el dimetro del centavo aplicamos:

1Sabemos que 1K=1C , entonces usamos la temperatura en C

2.6*10 1.90 28.0 1.4*10

Por lo tanto el dimetro es 1.9014

o

L

En Rio

L T

D T C cm C cm

cm

En Groelandi

33.6*10

Por lo tanto el dimetro es 1.8964

oD T cm

cm

a


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Expansin trmica del agua

El agua, en el intervalo de temperaturas de 0 C a 4 C, se contrae al aumentar latemperatura. En este intervalo, su coeficiente de expansin es negativo.


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Esfuerzo trmico

Los dientes de una articulacin de expansinde un puente. Se requieren estasarticulaciones para dar cabida a los cambiosde longitud resultados de la expansin

trmica.

De acuerdo a lo visto en expansin trmica

0 trmico

LT

L

Si los extremos estn rgidos y T


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Con T


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Mdulos de Young aproximados


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PROBLEMAUn cilindro de aluminio de 10 cm de

longitud, con rea transversal de 20 cm2

, seusar como espaciador entre dos paredesde acero. A 17.2 C, el cilindro apenas sedesliza entre las paredes. Si se calienta a22.3 C, qu esfuerzo habr en el cilindroy qu fuerza total ejercer ste sobre cada

pared, suponiendo que las paredes sonperfectamente rgidas y estn separadaspor una distancia constante?

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