Clase 10 Calor I Calor y Temperatura

PPTC

ES00

8CB3

2 –

A09V

1

Clase

Calor I: calor y temperatura

Resumen de la clase anterior

CALORCALORSe

propaga por

SólidosSólidos FluidosFluidos VacíoVacío

Mediante

ConducciónConducción

Mediante

ConvecciónConvección

Mediante

RadiaciónRadiación

Es

Energía en tránsito

Energía en tránsito

Puede ser

AbsorbidoAbsorbido LiberadoLiberado

Produciendo

Disminución de temperatura


Produciendo

Aumento de temperaturaAumento de temperatura

Puede producir

Se expresa mediante

Puedeproducir

ContracciónContracción

kelvinkelvin

Escalas termométricas

Escalas termométricas

CelsiusCelsius

DilataciónDilatación

FahrenheitFahrenheit

Aprendizajes esperados

• Reconocer fenómenos asociados a la variación de temperatura en los cuerpos.

• Comprender el fenómeno de dilatación y contracción.

• Comprender el fenómeno de la Anomalía del Agua.

• Ejercitar conceptos.

Pregunta oficial PSU

Fuente : DEMRE - U. DE CHILE, proceso de admisión 2012.

Considere un cable metálico del tendido eléctrico, soportado por postes, que aumenta su temperatura a medida que se acerca el mediodía. En estas condiciones, se cumple que el cable

I)aumenta su volumen.

II)disminuye su densidad.

III)mantiene constante su masa.

Es (son) correcta(s)

A)solo I.

B)solo III.

C)solo I y II.

D)solo I y III.

E)I, II y III.

1. Dilatación y contracción

2. Anomalía del agua


1.1 Efectos de la variación de temperatura en los cuerpos

Al variar la temperatura de un cuerpo son varios los efectos que este puede experimentar. Algunos de ellos son: los cambios de fase, la incandescencia, deformación, el aumento de tamaño (dilatación) o la disminución de tamaño (contracción).

Botellas deformadas por calorCambios de fase

Metal fundido incandescente

Falla producida por dilatación

Chocolate fundido por calor


1.2 Cuerpos lineales, superficiales y volumétricos

Dentro de los efectos mencionados, nos detendremos en los cambios de tamaño que experimentan los cuerpos cuando varía su temperatura, es decir, estudiaremos la dilatación y contracción.

Cuerpos linealesEn la naturaleza todos los cuerpos poseen 3 dimensiones: alto, largo y ancho. Sin embargo, en algunos cuerpos una (o dos) de esas dimensiones puede ser mucho menor y, por tanto, despreciable respecto de las demás. Por ejemplo, en un alambre delgado y largo, el alto y el ancho, comparados con su longitud, pueden llegar a ser dimensiones despreciables.

Cuando un cuerpo posee una sola dimensión importante, siendo las otras dos despreciables respecto de la primera, se dice que es un cuerpo “lineal”.

Un alambre es un cuerpo “lineal” En los cuerpos lineales, nos fijamos solo en su

longitud.


Cuerpos superficialesEn cambio, otros cuerpos poseen dos dimensiones importantes (largo y ancho), siendo la tercera (alto) despreciable respecto de las otras dos; en este caso se dice que el cuerpo es “superficial”.

Una lámina, una hoja o una membrana, son cuerpos “superficiales”

En los cuerpos superficiales, nos interesa solo la

superficie del cuerpo.



Cuerpos volumétricosCuando todas las dimensiones de un cuerpo son relevantes, no existiendo dimensiones despreciables respecto de las demás, entonces se dice que el cuerpo es “volumétrico”.

Un cubo, un cilindro, un balón de futbol y un microondas, son cuerpos “volumétricos”.

En los objetos volumétricos, todas las dimensiones del

cuerpo son relevantes y, por lo tanto, nos interesa su

volumen.



1.3 Dilatación – contracción de cuerpos lineales

Dilatación - contracción linealEn general, al variar la temperatura de un cuerpo lineal, su longitud cambiará aumentando si esta se eleva, o disminuyendo si esta decrece. Así, el cuerpo se dilatará al calentarse, y se contraerá al enfriarse.

Por ejemplo: en un riel de ferrocarril.

iL L T

LiL

Juntas de dilatación: son espacios que permiten la dilatación y contracción en las estructuras.

15. El espacio, medido en centímetros, que debe existir entre dos rieles de acero de 6 [m] de longitud cada uno, si se prevé una variación de temperatura de 100 [ºC], es (Considere que el coeficiente de dilatación lineal del acero es 11 · 10-6 [ºC]-1)

A)0,33B)0,66C)0,99D)1,32E)1,88

BAplicación

Ejercicios

Ejercicio 15 guía Calor I: calor y temperatura


iS S T

S

iS

1.4 Dilatación – contracción de cuerpos superficiales

Dilatación - contracción superficialEn general, al variar la temperatura de un cuerpo superficial su área o superficie cambiará, dilatándose al calentarse o contrayéndose al enfriarse.

Por ejemplo: en una lámina delgada de metal.

Las estructuras deben tener espacio suficiente para dilatarse, de lo contrario, pueden colapsar.


Dilatación volumétricaLa dilatación o contracción afecta el volumen del cuerpo; todo el cuerpo “crece o se encoge” al variar su temperatura.

Por ejemplo: en un cubo de metal.

iV V T

iV

V¿Sabías que la torre Eiffel crece 6 [cm] en

los veranos?

1.5 Dilatación – contracción de cuerpos volumétricos

18. Un líquido de coeficiente de dilatación volumétrica igual a 6,9 ∙ 10-5 [°C]-1 se encuentra contenido en un recipiente de metal, cuyo coeficiente de dilatación lineal es 2,3 ∙ 10-5 [°C]-1. Si el líquido llena completamente el recipiente y el conjunto es sometido a un aumento de temperatura de 40 [°C], es correcto afirmar que el líquido se dilatará

A)el triple de lo que lo hará el recipiente.B)el doble que el recipiente.C)lo mismo que el recipiente.D)la mitad de lo que se dilatará el recipiente.E)la tercera parte de lo que se dilate el recipiente.

CASE

Ejercicios



2.1 El agua, una excepción

Como acabamos de ver, en general los materiales se dilatan cuando se calientan y se contraen cuando se enfrían. Sin embargo, cuando enfriamos agua, a partir de los 4 [ºC] comienza a dilatarse, aún cuando su temperatura siga disminuyendo.

Por otro lado, si tenemos agua a 0 [ºC], al aumentar su temperatura comenzará a contraerse, al contrario de lo esperado; esto sucederá así hasta los 4 [ºC]. A partir de esta temperatura, el agua comienza a comportarse de manera “normal”, es decir, se dilatará al calentarse y se contraerá al enfriarse.

Recuerda, este comportamiento anómalo del agua solo se presenta entre los 0 [ºC] y los 4 [ºC].

Volumen v/s temperatura Densidad v/s temperatura

Den

sida

d (g

/mL)

Temperatura (ºC)


2.2 Dos fenómenos curiosos

Normalmente, un material en estado sólido es más denso que en estado líquido, por lo que un sólido se hunde en su propio líquido.

Sin embargo, ¡el hielo flota en el agua!....¿por qué?

Si ponemos agua en una botella y la dejamos en el congelador a 0 [ºC], veremos que todo el volumen de agua se congela. Sin embargo, en los lagos de zonas muy frías, aun cuando la temperatura en invierno puede alcanzar varias decenas de grados bajo cero, solo se congela la capa superior del agua. ¿Por qué no se congela el lago completo? ¿Qué importancia puede tener este fenómeno?

3. Si se tiene un líquido desconocido a 0 [°C] y se le aplica calor, esperaríamos que el líquido

A)se dilate.B)se contraiga.C)mantenga su volumen.D)se dilate o se contraiga, nunca mantenga su volumen.E)se contraiga o mantenga su volumen, nunca se dilate.

DComprensión

Ejercicios


Considere un cable metálico del tendido eléctrico, soportado por postes, que aumenta su temperatura a medida que se acerca el mediodía. En estas condiciones, se cumple que el cable

I)aumenta su volumen.

II)disminuye su densidad.

III)mantiene constante su masa.

Es (son) correcta(s)

A)solo I.

B)solo III.

C)solo I y II.

D)solo I y III.

E)I, II y III.

Pregunta oficial PSU

EASE

Fuente : DEMRE - U. DE CHILE, proceso de admisión 2012.

Tabla de corrección

Ítem Alternativa Unidad temática Habilidad

1 B Calor Aplicación

2 D Calor Aplicación

3 D Calor Comprensión

4 B Calor Reconocimiento

5 C Calor Aplicación


7 D Calor ASE



10 B Calor Comprensión

11 E Calor Reconocimiento


Tabla de corrección

Ítem Alternativa Unidad temática Habilidad




16 C Calor Comprensión

17 E Calor Comprensión

18 C Calor ASE

19 D Calor Reconocimiento

20 D Calor Comprensión


22 B Calor Comprensión


24 D Calor Reconocimiento

25 E Calor Comprensión

Síntesis de la clase

CALORCALOR

Se propaga porcuerpos

LinealesLineales SuperficialesSuperficiales VolumétricosVolumétricos

Si es absorbido produce

Si es liberado produce

Aumento de temperaturaAumento de temperatura

que produce

DilataciónDilatación



que produce

ContracciónContracción Agua entre 0[ºC] y 4[ºC]Agua entre

0[ºC] y 4[ºC]Excepto

en elExcepto

en el

Prepara tu próxima clase

En la próxima sesión estudiaremosCalor II: mezclas y cambios de fase

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Equipo Editorial Área Ciencias: Física

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