CENTRO DE BACHILLERATO TECNOLOGICO INDUSTRIAL Y DE SERVICIOS

NO.243

Nombre del alumno:

Efrén David Díaz López

Especialidad:

“ofimática”

Nombre de la materia:

Física II

Temas del trabajo:

Termología.

Temperatura.

Calor.

Escalas termométricas y dilatación.

Cantidad de calor.

Nombre del facilitador de la materia:

Ing. Maugro Joseim Gómez Roblero

Fecha de entrega:

25 de noviembre de 2015 Motozintla de Mendoza, Chiapas

INDICE

Introducción……………………………………………………………..………1

Termología...……………………………………………………...………...….2

Temperatura………………………………………………………….………...4

Calor……...……………...………………………………………………….…..9

Escalas termométricas……………………………………………………….14

Dilatación……..…………………..………………………………….…….….18

Cantidad de calor.....……………………………………....…………………24

Conclusiones………………………………………………………………….26

Referencias consultadas……………………………..................................28

OBJETIVOS

Objetivo general: En este trabajo de investigación que realizare sobre el cual mencionare los temas de

física que son de Termología, Temperatura, Calor, Escalas termométricas y

dilatación, Cantidad de calor, buscare y obtendré información de los temas ya

mencionados en páginas de internet, con el único propósito de adquirir buena

información y una buena retroalimentación a mis conocimientos, porque es algo muy

importante en la vida cotidiana conocer estos temas y ya que en un momento nos

puede ser de gran utilidad para satisfacer nuestras necesidades.

Objetivos específicos:

Realizar ejercicios en base a los temas ya mencionados.

Adquirir una buena retroalimentación para mejorar mis conocimientos.

Obtener información en varias páginas de internet para complementar bien la

información de cada tema

Verificar si la información concuerda con el tema.

Realizar un buen trabajo.

1

INTRODUCCION

En este trabajo conoceremos algunos de los temas de física, que es de Termología,

Temperatura, Calor, Escalas termométricas y dilatación, Cantidad de calor, esta

investigación es con el objetivo de que podamos adquirir una buena

retroalimentación a nuestros conocimientos de física, ya que conoceremos a fondo

de cada uno de los temas ya mencionados como es la definición, y más que nada

comprender de que trata así también las fórmulas de cada una de ellos, y también

veremos algunos ejercicios para así saber cómo es que se desarrolla las formulas,

para así no cometer error alguno en nuestros resultados, ya que estos temas sin

darnos cuenta se ve en nuestro alrededor en la vida cotidiana, por eso es importante

saber de esto ya que puede satisfacer necesidades en algún momento dado.

2

CONCEPTOS DE FÍSICA

1. TERMOLOGÍA

1.1Concepto

La termología (termo = calor, logia = estudio) es la parte de la física que estudia el

calor y sus efectos sobre la materia. Conociendo esto podemos afirmar que la

termología es el estudio de la temperatura que presentan los cuerpos que conforman

al mundo. Siendo entonces la termología el estudio de la temperatura se debe tener

en cuenta que esta última es conocida como una magnitud física que permite

conocer cuál es el grado calórico que puede presentar un cuerpo o un sistema, es

decir, posibilita saber cuándo algo está frío o caliente, y es importante resaltar que la

temperatura está asociada a la agitación o movimiento que existe entre las moléculas

que conforman un cuerpo o sustancia, mientras mayor sea el dinamismo o

movimiento (energía cinética) de las partículas de un cuerpo, mayor será la

temperatura que presente. La termología pretende explicar cuáles son los fenómenos

en los que interviene el calor e indicar cuales son los efectos que produce en la

materia, por ejemplo teniendo agua a temperatura ambiente las moléculas que están

presente en ella interactúan entre sí pero de un modo “calmado”, al aplicarles un

aumento de temperatura (calor) estas partículas comienzan a desplazarse de

manera rápida rebotando unas con otras, esto es debido a que al calentar el cuerpo

aumenta su energía térmica (que es la agitación presente en las moléculas que

componen a un cuerpo). El rebote entre moléculas que mencionamos anteriormente

es conocido como dilatación térmica y ocurre cuando al cambiar la temperatura de

una sustancia(bien sea añadiendo frío o calor) las partículas que lo componen

necesitan mayor espacio y terminan alejándose unas de otras y aumenta el volumen

de la sustancia u objeto.

3

1.2 Fórmulas de termología Escalas termométricas

Capacidad Térmica

Calor sensível

1.3 Ejercicio de termología Calcular el calor latente de un cuerpo de masa 2.3 kg que produce una fuerza de 245

N en una distancia de 12 m.

Primero se determina el trabajo que se está realizando.

W=Fd=(245 N)(12 m)=2490 J

Una vez obtenido el trabajo en Joules, se transforman a calorías con la siguiente

relación:

1 cal — 4.81 J

x cal — 2490 J

X cal= (1 cal) (2490 J)/4.81 J = 517.64 cal

Por último, el resultado del calor se sustituye en la ecuación del calor latente:

Cl= Q/m= 517.67 cal/2.3 kg=225.03 cal/kg

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2. TEMPERATURA 2.1 Concepto La temperatura es una magnitud física que refleja la cantidad de calor, ya sea de un

cuerpo, de un objeto o del ambiente. Dicha magnitud está vinculada a la noción

De que si un cuerpo esta frío es ahí cuando tiene (menor temperatura) y lo mismo si

un cuerpo está caliente es porque tiene una (mayor temperatura).

La temperatura está relacionada con toda la energía interior de

los sistemas termodinámicos, de acuerdo al movimiento de sus partículas, y

cuantifica la actividad de las moléculas de la materia: a mayor energía sensible, más

temperatura.

El estado, la solubilidad de la materia y el volumen, entre otras cuestiones, dependen

de la temperatura. En el caso del agua a presión atmosférica normal, si

se encuentra a una temperatura inferior a los 0ºC, se mostrará en estado sólido

(congelada); si aparece a una temperatura de entre 1ºC y 99ºC, se encontrará en

estado líquido; si la temperatura es de 100ºC o superior, por último, el agua

presentará un estado gaseoso (vapor)

La Temperatura es una magnitud que mide el nivel térmico o el calor que un cuerpo

posee. Toda sustancia en determinado estado de agregación (sólido, líquido o gas),

está constituida por moléculas que se encuentran en continuo movimiento. La suma

de las energías de todas las moléculas del cuerpo se conoce como energía térmica;

y la temperatura es la medida de esa energía promedio.

También la temperatura se define como una propiedad que fija el sentido del flujo de

calor, ya que éste pasa siempre del cuerpo que posee temperatura más alta al que la

presenta más baja. Cualitativamente, un cuerpo caliente tiene más temperatura que

uno frío; cuantitativamente, se suele medir la temperatura aprovechando el hecho de

que la mayoría de los cuerpos se dilatan al calentarse.

La temperatura se mide con un aparato de precisión llamado termómetro, el cual se

basa del volumen de una masa fija de fluido, que suele ser mercurio o alcohol. Estos

elementos bajan o suben en una escala graduada cuando la temperatura disminuye

o aumenta, respectivamente.

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También que nos permite conocer las temperaturas, es decir, nos da una acabada

idea de cuánto frío o calor presenta el cuerpo de una persona, un objeto o una región

determinada. Entonces, si le medimos la temperatura a un objeto caliente este tendrá

una temperatura mayor. La temperatura está íntimamente relacionada con la energía

interna del sistema termodinámico de un cuerpo, en tanto, esta energía, a su vez,

está relacionada con el movimiento de las partículas que integran ese sistema, de lo

que se desprende que a mayor temperatura de ese sistema sensible, la temperatura

de ese cuerpo u objeto será mayor.

La única y más precisa forma de medir la temperatura es a través de un termómetro,

el o los cuales pueden estar calibrados según diversas escalas de medición de la

misma. La unidad de temperatura en el sistema internacional de unidades es el

Kelvin, en tanto y fuera de un contexto científico nos encontramos con el uso de otras

escalas como ser la escala Celsius o centígrada y en aquellos países de origen

anglosajón la Fahrenheit.

Un concepto estrechamente vinculado al de la temperatura es el de sensación

térmica, porque contrariamente a lo que muchos creen el calor o el frío que

percibimos estará determinado por la sensación térmica que con la temperatura real.

Por eso en épocas de mucho frío o de mucho calor, se suele prestar más atención y

hacer mayor hincapié en la sensación de frío y de calor que impera más que en la

temperatura real que capaz no nos dice realmente lo que nuestro cuerpo siente.

Entonces, la sensación térmica es la forma en la cual el cuerpo humano percibe la

temperatura de los objetos y del entorno, aunque obviamente esta medición es

mucho más compleja y estará supeditada y permeable a diferentes sensaciones, es

posible simular en un termómetro la sensación térmica tal cual la percibe un cuerpo

humano.

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2.2 Unidades de medida Actualmente se utilizan tres escalas de temperatura; grados Fahrenheit (ºF), Celsius

(ºC) y Kelvin (ºK). En la escala Fahrenheit, que es la más utilizada en Estados

Unidos, se definen los puntos de congelación y de ebullición normales del agua

en 32 y 212 ºF, respectivamente. La escala Celsius divide en 100 grados el intervalo

comprendido entre el punto de congelación (0 ºC) y el punto de ebullición del agua

(100 ºC).

- Grados Fahrenheit (sistema internacional): este toma las divisiones entre los puntos

de congelación y evaporación de disoluciones de cloruro amónico. Así que la

propuesta de Gabriel Fahrenheit en 1724, establece el cero y el cien en las

temperaturas de congelación y evaporación del cloruro amónico en agua. Este utilizo

un termómetro de mercurio en el que introduce una mezcla de hielo triturado con

cloruro amónico a partes iguales. Esta disolución salina concentrada daba la

temperatura más baja posible en el laboratorio, por aquella época. A continuación

realizaba otra mezcla de hielo triturado y agua pura, que determina el punto 30 ºF,

que después fija en 32 ºF (punto de fusión del hielo) y posteriormente expone el

termómetro al vapor de agua hirviendo y obtiene el punto 212 ºF (punto de ebullición

del agua). La diferencia entre los dos puntos es de 180 ºF, que dividida en 180 partes

iguales determina el grado Fahrenheit.

Relación entre °C y °F:

°C = °F – 32 180

Es decir que si comparamos ambas ðT veremos que:

1 °C = 5/9 °F

Pero como estas escalas no son proporcionales, es decir, no existe un cero de

comparación absoluto, se adoptó una Escala Absoluta de Temperatura o Escala en

grados Kelvin (°K), tomándose como en 0 °K a la mínima T° a la que podía llegarse

físicamente, es decir: 0 °K == - 273,15 °C.

Vemos que esta escala es proporcional y lineal, puesto que no existe ninguna T°

menor al Cero Absoluto.

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2.3 Fórmula de temperatura

A veces hay que convertir la temperatura de una escala a otra.

Para convertir de ºC a ºF use la fórmula: ºF = ºC x 1.8 + 32.

Para convertir de ºF a ºC use la fórmula: ºC = (ºF-32) ÷ 1.8.

Para convertir de K a ºC use la fórmula: ºC = K – 273.15

Para convertir de ºC a K use la fórmula: K = ºC + 273.15.

Para convertir de ºF a K use la fórmula: K = 5/9 (ºF – 32) + 273.15.

Para convertir de K a ºF use la fórmula: ºF = 1.8 (K – 273.15) + 32.

2.4 Ejercicios de temperatura EJEMPLOS • Ejemplo 1: Convertir 100°F a grados centígrados:

°C= 5/9 (°F-32) = 5/9 (100-32) = 5/9 (68) = 5 x 68 / 9 = 37.77°C •

Ejemplo 2: Convertir 100°C a grados Fahrenheit

°F = 9/5 °C + 32 = 9/5 (100) + 32 = 9 x 100 / 5 + 32 = 180 + 32 = 212°F •

Ejemplo 3. Convertir 100°C a grados Kelvin K=

°C + 273,15 = 100 + 273,15 = 273,15 K •

Ejemplo 4: Convertir 50 grados Kelvin a grados Centígrados

°C= K – 273,15 = 50 – 273,15 = -223°C

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Ejercicio 1: Si observamos un incremento de temperatura en un termómetro de 24 ºF, ¿a cuántos

grados kelvin corresponde dicho incremento? ¿Y a cuántos centígrados?

Datos:

∆tF = 24 ºF

Consideraciones previas

Los grados de las escalas Fahrenheit y Kelvin tienen un tamaño distinto

Los grados de las escalas Kelvin y Celsius tienen igual tamaño

Solución:

Para convertir una temperatura concreta entre grados Fahrenheit y Kelvin usamos la

expresión:

T−273.155=tF−329

La expresión anterior es válida para convertir temperaturas concretas entre escalas

pero no para intervalos.

Sabiendo que ∆tF=tF2−tF1, nos queda:

∆tF=tF2−tF1=9⋅T2−273.155+32−9⋅T1−273.155−32=95(T2−T1) ⇒⇒∆tF=95(∆T)

Aplicando la expresión anterior, nos queda:

∆T=59(∆tF)=5924=13.3 K

Por otro lado, el tamaño de los grados kelvin y los grados centígrados es el mismo,

por lo que, al tratarse de una variación, podemos escribir:

∆tC=59(∆tF)=5924=13.3 ºC

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3. CALOR 3.1 Concepto El calor es aquello que siente un ser vivo ante una temperatura elevada. La física

entiende el calor como la energía que se traspasa de un sistema a otro o de un

cuerpo a otro, una transferencia vinculada al movimiento de moléculas, átomos y

otras partículas, Es importante tener en cuenta que los cuerpos no tienen calor,

sino energía interna. Cuando una parte de esta energía se transfiere de un sistema

o cuerpo hacia otro que se halla a distinta temperatura, se habla de calor. El traspaso

de calor se producirá hasta que los dos sistemas se sitúen a idéntica temperatura y

se alcance el denominado equilibrio térmico.

3.2 Cambios de fase En la naturaleza existen tres estados usuales de la materia: sólido, líquido y gaseoso.

Al aplicarle calor a una sustancia, ésta puede cambiar de un estado a otro. A estos

procesos se les conoce como cambios de fase.

Los posibles cambios de fase son:

De estado sólido a líquido, llamado fusión,

De estado líquido a sólido, llamado solidificación,

De estado líquido a gaseoso, llamado evaporación o vaporización,

De estado gaseoso a líquido, llamado condensación,

De estado sólido a gaseoso, llamado sublimación progresiva,

De estado gaseoso a sólido, llamado sublimación regresiva o deposición,

De estado gaseoso a plasma, llamado ionización.

De estado plasma a gaseoso, llamado Deionización

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3.3 Tipos de transmisión de calor El calor puede ser transmitido de tres formas distintas: por conducción, por

convección o por radiación.

1.Conducción térmica: es el proceso que se produce por contacto térmico entre dos o

más cuerpos, debido al contacto directo entre las partículas individuales de los

cuerpos que están a diferentes temperaturas, lo que produce que las partículas

lleguen al equilibrio térmico. Ej: cuchara metálica en la taza de té.

2. Convección térmica: sólo se produce en fluidos (líquidos o gases), ya que implica

movimiento de volúmenes de fluido de regiones que están a una temperatura, a

regiones que están a otra temperatura. El transporte de calor está inseparablemente

ligado al movimiento del propio medio. Ej.: los calefactores dentro de la casa.

3.Radiación térmica: es el proceso por el cual se transmite a través de ondas

electromagnéticas. Implica doble transformación de la energía para llegar al cuerpo

al que se va a propagar: primero de energía térmica a radiante y luego viceversa. Ej.:

La energía solar.

La conducción pura se presenta sólo en materiales sólidos. La convección siempre

está acompañada de la conducción, debido al contacto directo entre partículas de

distinta temperatura en un líquido o gas en movimiento. En el caso de la conducción,

la temperatura de calentamiento depende del tipo de material, de la sección del

cuerpo y del largo del cuerpo. Esto explica por qué algunos cuerpos se calientan más

rápido que otros a pesar de tener exactamente la misma forma, y que se les

entregue la misma cantidad de calor.

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3.4 Fórmulas de calor La conductividad térmica de un cuerpo está dada por:

Dónde:

=Es el calor entregado,

=Es el intervalo de tiempo durante el cual se entregó calor,

=Es el coeficiente de conductividad térmica propio del material en cuestión,

=Es la sección del cuerpo,

=Es la longitud, y

=Es el incremento en la temperatura.

El calor específico es la energía necesaria para elevar 1 °C la temperatura de un

gramo de materia. El concepto de capacidad calorífica es análogo al anterior pero

para una masa de un mol de sustancia (en este caso es necesario conocer

la estructura química de la misma).

El calor específico es un parámetro que depende del material y relaciona el calor

que se proporciona a una masa determinada de una sustancia con el incremento de

temperatura:

Dónde:

=es el calor aportado al sistema.

=es la masa del sistema.

=es el calor específico del sistema.

y =son las temperaturas inicial y final del sistema respectivamente.

=es el diferencial de temperatura.

Las unidades más habituales de calor específico son J / (kg · K) y cal / (g · °C).

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De esta forma, y recordando la definición de caloría, se tiene que el calor específico

del agua es aproximadamente:

Calor específico molar

El calor específico de una sustancia está relacionado su constitución molecular

interna, y a menudo da información valiosa de los detalles de su ordenación

molecular y de las fuerzas intermoleculares. A altas temperaturas la mayoría de

sólidos tienen capacidades caloríficas molares del orden de .

En este sentido, con frecuencia es muy útil hablar de calor específico molar denotado

por cm, y definido como la cantidad de energía necesaria para elevar la temperatura

de un mol de una sustancia en 1 grado es decir, está definida por:

Donde n indica la cantidad de moles en la sustancia presente. Esta capacidad

usualmente es función de la temperatura .

Capacidad calorífica

La capacidad calorífica de una sustancia es una magnitud que indica la mayor o

menor dificultad que presenta dicha sustancia para experimentar cambios de

temperatura bajo el suministro de calor. Se denota por , se acostumbra a medir

en J/K, y se define como:

Dado que:

De igual forma se puede definir la capacidad calórica molar como:

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3.5 Ejercicio de calor En un vaso de cobre, que pesa 1.5 kg, contiene un bloque de hielo de 10 kg a la

temperatura de -10 ºC, se inyecta 5 kg de vapor de agua a 100 ºC.

Determinar el estado de la mezcla.

Determinar la variación de entropía

Calor específico del cobre 397 J/ (kg·K). Calor de fusión del hielo 334 400 J/kg. Calor

específico del agua 4180 J/ (kg·K). Calor específico del hielo 2090 J/ (kg·K).Calor de

licuefacción del vapor del agua 2 257 200 J/kg.

Solución:

Calor necesario para convertir 10 kg de hielo a -10 ºC en agua a 100 ºC

10·2090·10+10·334 400+10·4180·100=7 733 000

Calor necesario para elevar la temperatura de 1.5 kg de cobre de -10 ºC a 100 ºC

1.5·397·110=65 505

Total: 7 733 000+65 505=7 798 505 J

Masa de agua condensada

m=7 798 5052 257 200=3.45 kg

El resto 1.54 kg queda como vapor.

Entropía

Variación de entropía cuando el agua cambia de temperatura.

ΔS=∫T1T2dQT=∫T1T2m⋅c⋅dTT=mcln (T2T1)

Variación de entropía cuando se convierten 10 kg de hielo a -10 ºC en agua a 100

ºC.

10⋅2090⋅ln273263+10⋅334 400273+10⋅4180⋅ln373273

Variación de entropía cuando se eleva la temperatura de 1.5 kg de cobre de -10 ºC a

100 ºC

1.5⋅397ln373263

Total: 26370 J/K

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Variación de entropía cuando se condensa una masa de 3.45 kg de vapor de agua

−7 798 505373=−20907 J/K

La variación total de entropía es ΔS=26370-20907=5463 J/K

4. ESCALAS TERMOMÉTRICAS Y DILATACIÓN 4.1 Concepto Existen varias escalas termométricas para medir temperaturas, relativas y absolutas.

A partir de la sensación fisiológica, es posible hacerse una idea aproximada de la

temperatura a la que se encuentra un objeto. Pero esa apreciación directa está

limitada por diferentes factores; así el intervalo de temperaturas a lo largo del cual

esto es posible es pequeño; además, para una misma temperatura la sensación

correspondiente puede variar según se haya estado previamente en contacto con

otros cuerpos más calientes o más fríos y, por si fuera poco, no es posible expresar

con precisión en forma de cantidad los resultados de este tipo de apreciaciones

subjetivas. Por ello para medir temperaturas se recurre a los termómetros.

En todo cuerpo material la variación de la temperatura va acompañada de la

correspondiente variación de otras propiedades medibles, de modo que a cada valor

de aquella le corresponde un solo valor de ésta. Tal es el caso de la longitud de una

varilla metálica, de la resistencia eléctrica de un metal, de la presión de un gas, del

volumen de un líquido, etc. Estas magnitudes cuya variación está ligada a la de la

temperatura se denominan propiedades termométricas, porque pueden ser

empleadas en la construcción de termómetros.

Para definir una escala de temperaturas es necesario elegir una propiedad

termométrica que reúna las siguientes condiciones:

La expresión matemática de la relación entre la propiedad y la temperatura debe ser

conocida.

La propiedad termométrica debe ser lo bastante sensible a las variaciones de

temperatura como para poder detectar, con una precisión aceptable, pequeños

cambios térmicos, el rango de temperatura accesible debe ser suficientemente

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grande, una vez que la propiedad termométrica ha sido elegida, la elaboración de

una escala termométrica o de temperaturas lleva consigo, al menos, dos

operaciones; por una parte, la determinación de los puntos fijos o temperaturas de

referencia que permanecen constantes en la naturaleza y, por otra, la división del

intervalo de temperaturas correspondiente a tales puntos fijos en unidades o grados.

4.2 Escalas termométricas

Escala Celsius:

Esta escala es de uso popular en los países que adhieren al Sistema Internacional

de Unidades, por lo que es la más utilizada mundialmente. Fija el valor de cero

grados para la fusión del agua y cien para su ebullición. Inicialmente fue propuesta

en Francia por Jean-Pierre Christin en el año 1743 (cambiando la división original de

80 grados de René Antoine Ferchault de Réaumur) y luego por Carlos Linneo, en

Suiza, en el año 1745 (invirtiendo los puntos fijos asignados por Anders Celsius). En

1948, la Conferencia General de Pesos y Medidas oficializó el nombre de "grado

Celsius" para referirse a la unidad termométrica que corresponde a la centésima

parte entre estos puntos.1

Para esta escala, estos valores se escriben como 100 °C y 0 °C y se leen 100 grados

Celsius y 0

Escala Fahrenheit:

En los países anglosajones se pueden encontrar aún termómetros graduados en

grado Fahrenheit (°F), propuesta por Gabriel Fahrenheit en 1724. La escala

Fahrenheit difiere de la Celsius tanto en los valores asignados a los puntos fijos,

como en el tamaño de los grados. En la escala Fahrenheit los puntos fijos son los de

ebullición y fusión de una disolución de cloruro amónico en agua. Así al primer punto

fijo se le atribuye el valor 32 y al segundo el valor 212. Para pasar de una a otra

escala es preciso emplear la ecuación:

t (°F) = (9/5) * t (°C) + 32 ó t (°C) = (5/9) * [t (°F) - 32]

Donde t (°F) representa la temperatura expresada en grados Fahrenheit y t (°C) la

expresada en grados Celsius.

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Su utilización se circunscribe a los países anglosajones y a Japón, aunque existe una

marcada tendencia a la unificación de sistemas en la escala Celsius.

Escala Kelvin o absoluta:

Se comparan las escalas Celsius y Kelvin mostrando los puntos de referencia

anteriores a 1954 y los posteriores para mostrar cómo ambas convenciones

coinciden. De color negro aparecen el punto triple del agua(0,01 °C, 273,16 K) y

el cero absoluto (-273,15 °C, 0 K). De color gris los puntos de congelamiento

(0,00 °C, 273,15 K) y ebullición del agua (100 °C, 373,15 K).

Si bien en la vida diaria las escalas Celsius y Fahrenheit son las más importantes, en

ámbito científico se usa otra, llamada "absoluta" o Kelvin, en honor a sir Lord Kelvin.

En la escala absoluta, al 0 °C le hace corresponder 273,15 K, mientras que los

100 °C se corresponden con 373,15 K. Se ve inmediatamente que 0 K está a una

temperatura que un termómetro centígrado señalará como -273,15 °C. Dicha

temperatura se denomina "cero absoluto".

Se puede notar que las escalas Celsius y Kelvin poseen la misma sensibilidad. Por

otra parte, esta última escala considera como punto de referencia el punto triple del

agua que, bajo cierta presión, equivale a 0.01 °C.

La escala de temperaturas adoptada por el Sistema Internacional de Unidades es la

llamada escala absoluta o Kelvin. En ella el tamaño de los grados es el mismo que

en la Celsius, pero el cero de la escala se fija en el - 273,15 °C. Este punto llamado

cero absoluto de temperaturas es tal que a dicha temperatura desaparece la

agitación molecular, por lo que, según el significado que la teoría cinética atribuye a

la magnitud temperatura, no tiene sentido hablar de valores inferiores a él. El cero

absoluto constituye un límite inferior natural de temperaturas, lo que hace que en la

escala Kelvin no existan temperaturas bajo cero (negativas). La relación con la

escala Celsius viene dada por la ecuación:

T (K) = t (°C) + 273,15 ó t (°C) = T (K) - 273,15

T (K) = (5/9) * [t (°F) + 459,67] ó t (°F) = (9/5) * T (K) - 459,67

Siendo T (K) la temperatura expresada en kelvin.

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4.3 Escalas en desuso

Escala Réaumur

Grado Réaumur (ºRé), en desuso. Se debe a René-Antoine Ferchault de

Réaumur (1683-1757). La relación con la escala Celsius es:

T (ºRé) = (4/5) * t (°C) ó t (°C) = (5/4) * T (ºRé)

T (ºRé) = (4/5) * [T (K) - 273,16] ó T (K) = (5/4) * T (ºRé) + 273,16

Siendo T (ºRé) la temperatura expresada en grados Réaumur.

Escala Rømer

La unidad de medida en esta escala, el grado Rømer (ºRø), equivale a 40/21 de un

Kelvin (o de un grado Celsius). El símbolo del grado Rømer es ºRø.

T (ºRø) = (21/40) * t (°C) + 7,5 ó t (°C) = (40/21) * [T (ºRø) - 7,5]

T (ºRø) = (21/40) * [T (K) - 273,16] + 7,5 ó T (K) = (40/21) * [T (ºRø) - 7,5] + 273,16

Siendo T (ºRø) la temperatura expresada en grados Rømer.

Escala Delisle

Creada por el astrónomo francés Joseph-Nicolás Delisle. Sus unidades son los

grados Delisle (o Delisle), se representan con el símbolo ºDe y cada uno vale -2/3 de

un grado Celsius o Kelvin. El cero de la escala está a la temperatura de ebullición del

agua y va aumentando según descienden las otras escalas hasta llegar al cero

absoluto a 559.725ºDe.

Escala Newton

T (ºN) = (33/100) * t (°C) ó t (°C) = (100/33) * T (ºN)

T (ºN) = (33/100) * T (K) - 273,16 ó T (K) = (100/33) * T (ºN) + 273,16

Siendo T (ºN) la temperatura expresada en grados Newton.

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5.1 DILATACIÓN 5.2 Concepto La dilatación en Física es el aumento de un cuerpo en su volumen, éste se hace más

grande (más largo o ancho, o ambas cosas).

La dilatación puede ocurrir por una variación de temperatura a presión constante.

Esto se conoce como dilatación térmica. Cuando un cuerpo sólido (sobre todo plano)

se calienta, se dilata en largo y ancho aumentando su superficie, pues el calor otorga

a sus moléculas energía, lo que las hace vibrar intensamente, necesitando entre

ellas un espacio mayor. El coeficiente medio de dilatación superficial es el aumento

de su unidad de superficie, al aumentar su temperatura en un grado. La letra griega

gamma es la que lo representa. La dilatación lineal (aumento de longitud) en un

cuerpo alargado, es proporcional al aumento de temperatura en pequeños intervalos

La dilatación de los gases es mucho mayor que la que sufren los líquidos o

los sólidos.

En un sólido las moléculas tienen una posición razonablemente fija dentro de él.

Cada átomo de la red cristalina vibra sometido a una fuerza asociada a un pozo de

potencial, la amplitud del movimiento dentro de dicho pozo dependerá de la energía

total de átomo o molécula. Al absorber calor, la energía cinética promedio de las

moléculas aumenta y con ella la amplitud media del movimiento vibracional (ya que

la energía total será mayor tras la absorción de calor). El efecto combinado de este

incremento es lo que da el aumento de volumen del cuerpo.

En los gases el fenómeno es diferente, ya que la absorción de calor aumenta la

energía cinética media de las moléculas lo cual hace que la presión sobre las

paredes del recipiente aumente. El volumen final por tanto dependerá en mucha

mayor medida del comportamiento de las paredes.

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5.3 Tipos de dilatación Dilatación Térmica

Cuando calentamos un cuerpo, aumentando su energía térmica, aumentamos el

estado de agitación de las moléculas que lo componen. Estas moléculas precisan de

mayor espacio y acaban alejándose unas de otras aumentando el volumen del

cuerpo. Este fenómeno es conocido como dilatación térmica. La dilatación térmica

ocurre no solo cuando calentamos un cuerpo, sino también cuando lo enfriamos.

Dilatación Térmica Lineal o Dilatación Lineal

En los cuerpos sólidos la dilatación ocurre en todas las direcciones, pero, esta

dilatación puede ser predominante en apenas una dirección y cuando esto sucede

tenemos una dilatación térmica lineal o apenas, dilatación lineal.

Dilatación Térmica superficial o Dilatación Superficial

En los cuerpos sólidos, la dilatación ocurre en todas las direcciones, pero esta

dilatación puede ser predominante en apenas dos direcciones y cuando esto sucede,

tenemos una dilatación térmica superficial o apenas dilatación superficial.

5.4 Fórmulas de dilatación. Dilatación lineal

Es aquella en la cual predomina la variación en una única dimensión, o sea, en el

ancho, largo o altura del cuerpo. El coeficiente de dilatación lineal, designada por αL,

para una dimensión lineal cualquiera, se puede medir experimentalmente

comparando el valor de dicha magnitud antes y después:

Donde , es el incremento de su integridad física cuando se aplica un pequeño

cambio global y uniforme de temperatura a todo el cuerpo. El cambio total de

longitud de la dimensión lineal que se considere, puede despejarse de la ecuación

anterior:

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Dónde:

α=coeficiente de dilatación lineal [°C-1]

L0 = Longitud inicial

Lf = Longitud final

T0 = Temperatura inicial.

Tf = Temperatura final

Dilatación volumétrica

Dilatación y contracción volumétrica de un gas por variación de la temperatura.

Es el coeficiente de dilatación volumétrico, designado por αV, se mide

experimentalmente comparando el valor del volumen total de un cuerpo antes y

después de cierto cambio de temperatura como, y se encuentra que en primera

aproximación viene dado por:

Experimentalmente se encuentra que un sólido isótropo tiene un coeficiente de

dilatación volumétrico que es aproximadamente tres veces el coeficiente de

dilatación lineal. Esto puede probarse a partir de la teoría de la elasticidad lineal. Por

ejemplo si se considera un pequeño prisma rectangular (de

dimensiones: Lx, Ly y Lz), y se somete a un incremento uniforme de temperatura, el

cambio de volumen vendrá dado por el cambio de dimensiones lineales en cada

dirección:

Esta última relación prueba que , es decir, el coeficiente de dilatación

volumétrico es numéricamente unas 3 veces el coeficiente de dilatación lineal de una

barra del mismo material.

Dilatación de área

Cuando un área o superficie se dilata, lo hace incrementando sus dimensiones en la

misma proporción. Por ejemplo, una lámina metálica aumenta su largo y ancho, lo

21

que significa un incremento de área. La dilatación de área se diferencia de la

dilatación lineal porque implica un incremento de área.

El coeficiente de dilatación de área es el incremento de área que experimenta un

cuerpo de determinada sustancia, de área igual a la unidad, al elevarse su

temperatura un grado centígrado. Este coeficiente se representa con la letra griega

gamma (γ). El coeficiente de dilatación de área se usa para los sólidos. Si se conoce

el coeficiente de dilatación lineal de un sólido, su coeficiente de dilatación de área

será dos veces mayor:

Al conocer el coeficiente de dilatación de área de un cuerpo sólido se puede calcular

el área final que tendrá al variar su temperatura con la siguiente expresión:

Dónde:

γ=coeficiente de dilatación de área [°C-1]

A0 = Área inicial

Af = Área final

T0 = Temperatura inicial.

Tf = Temperatura final

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5.5 Ejercicio de dilatación 1.- Los rieles de una vía de tren de acero, tienen 1500 m de longitud. ¿Qué longitud

tendrá cuando la temperatura aumente de 24°C a 45°C?

Datos:

–> Longitud Inicial

–> Longitud Final –> La vamos a encontrar

–> Temperatura Inicial

–> Temperatura Final

–> Coeficiente de dilatación lineal del Acero.

Hemos elegido acero, porque el problema nos pide que sean vías del ferrocarril de

acero.

Lo único que haremos será sustituir nuestros datos, en la fórmula final.

Pero antes de sustituir, debemos saber cuál es el valor de la diferencial de

temperatura, para poder meterla en la fórmula, esa diferencial es la resta de la

temperatura más alta, con la temperatura más baja.

Ahora si, a sustituir en la fórmula.

23

2.- En un experimento en laboratorio los ingenieros quieren saber la temperatura en

la que un cuerpo de plomo alcanza los 25.43 m de longitud, cuando inicialmente se

mantiene 25.34 m a una temperatura de 26°C.

Solución: El problema nos pide la temperatura final de un cuerpo de plomo cuando

éste alcanza una longitud final de 25.43, para ello vamos a considerar primeramente

nuestros datos:

–> Longitud Inicial

–> Longitud Final

–> Temperatura Inicial

–> Temperatura Final (La que vamos a encontrar)

–> Coeficiente de dilatación lineal del Plomo.

Ahora solamente tenemos que despejar nuestra fórmula en términos de la

temperatura final.

Ahora tenemos que invertir la ecuación, para mayor comodidad

Posteriormente si sabemos que

Entonces

Despejando la temperatura final:

Ahora reemplazamos nuestros datos:

Por lo que tenemos una temperatura final de 148.4772°C

Y eso nos da a entender que justamente cuando el cuerpo alcanza cierta dilatación

final de 25.34m, lo hace cuando la temperatura está a los 148.4772°C

24

6. CANTIDAD DE CALOR 6.1 Concepto Cuando una sustancia se está fundiendo o evaporándose está absorbiendo cierta

cantidad de calor llamada calor latente de fusión o calor latente de evaporación,

según el caso. El calor latente, cualquiera que sea, se mantiene oculto, pero existe

aunque no se manifieste un incremento en la temperatura, ya que mientras dure la

fundición o la evaporación de la sustancia no se registrará variación de la misma.

Para entender estos conceptos se debe conocer muy bien la diferencia entre calor y

temperatura.

En tanto el calor sensible es aquel que suministrado a una sustancia eleva su

temperatura.

La experiencia ha demostrado que la cantidad de calor tomada (o cedida) por un

cuerpo es directamente proporcional a su masa y al aumento (o disminución) de

temperatura que experimenta.

6.2 Formula La expresión matemática de esta relación es la ecuación calorimétrica:

Q = m Ce ΔT.

Q= cantidad de calor (calorías)

M=masa (gramos)

Ce=calor especifico (cal/gr grados centígrados)

ΔT=variación de temperatura

Q = m Ce (Tf-Ti)

En palabras más simples, la cantidad de calor recibida o cedida por un cuerpo se

calcula mediante esta fórmula, en la cual

M= es la masa,

Ce=es el calor específico,

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Ti=es la temperatura inicial

Tf =la temperatura final.

Por lo tanto Tf – Ti = ΔT (variación de temperatura).

Nota: La temperatura inicial (Ti) se anota también como T0 o como t0.

Si Ti > Tf el cuerpo cede calor Q < 0

Si Ti < Tf el cuerpo recibe calor Q > 0

Se define calor específico (Ce) como la cantidad de calor que hay que proporcionar a

un gramo de sustancia para que eleve su temperatura en un grado centígrado. En el

caso particular del agua Ce vale 1 cal/gº C ó 4,186 J

6. 3 Ejercicio de cantidad de calor Ejercicio 1

Calcular la cantidad de calor que se requiere para transformar 100 gramos de hielo

que están a –15° C de temperatura en agua a 0° C.

Desarrollo

Para que el hielo eleve su temperatura de –15° C hasta el punto de fusión a 0° C, se

necesita una cantidad de calor que se calcula con la ecuación

Q = m Ce ΔT.

Donde

Q = calor requerido (en calorías)

Ce = Calor específico (en cal/gº C)

ΔT = variación de temperatura o Tf – Ti (en grados C)

Q1 = 100 g x 0,50 cal/g° C x 15° C = 750 calorías.

Luego, para que el hielo se funda y se tenga agua a 0° C, se aplica la ecuación

Q = mλf (el calor latente de fusión para el agua, según el cuadro anterior, es 80

cal/g) entonces:

Q2 = 100 gr x 80 cal/gr = 8.000 cal

Así, el calor total requerido es:

Q1 + Q2 = 750 cal + 8.000 cal = 8.750 calorías.

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CONCLUSION

Una vez que he terminado con este trabajo de investigación conociendo los temas de

Termología, Temperatura, Calor, Escalas termométricas y dilatación, y por

ultimo Cantidad de calor, adquirí una buena retroalimentación a mis conocimientos,

ya que en base a esta información he aprendiendo más a fondo cada uno de ellos,

así de esta manera tomando muy en cuenta las fórmulas y conociendo algunos

ejercicios para saber el procedimiento que se hace para desarrollar cada uno de los

problemas relacionados a cada tema, así también algo importante es conocer y

comprender el concepto de cada uno de estos.

Así como es la termología entendí que es parte de la física que tiene como objetivo

estudiar el calor y sus efectos sobre la materia. Es decir que la termología es el

estudio de la temperatura que presentan los cuerpos que nos rodea ya que puede

ser frio o caliente.

La temperatura es una magnitud física que refleja la cantidad de calor, ya sea de un

cuerpo, de un objeto o del ambiente. Esta magnitud está vinculada a la noción de frío

o calor es decir cuando esta un cuerpo frio (menor temperatura) y si un cuerpo

está caliente es porque tiene (mayor temperatura).

El calor es aquella energía que se traspasa de un sistema a otro o de un cuerpo a

otro, una transferencia vinculada al movimiento de moléculas, átomos y otras

partículas, así también aprendí que el calor puede transferirse de distinta forma como

es Conducción térmica, Convección térmica y Radiación térmica.

En lo que es las escalas termométricas entendí que es el que nos sirve para medir

temperaturas, pero existen varias escalas que los expresa en diferente unidad como

es grados centígrados, entre otros pero tres de los más utilizados es la escala de

Kelvin, Escala Fahrenheit, Escala Celsius.

La dilatación es cuando aumento un cuerpo en su volumen, éste se hace más

grande (más largo o ancho, o ambas cosas).

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La dilatación puede ocurrir por una variación de temperatura a presión constante, es

decir si un cuerpo esta tirado al sol las moléculas del cuerpo comienza a vibrar y a

mover y eso hace que necesiten más espacio y es ahí cuando aumenta su volumen.

La cantidad de calor es cuando una sustancia se está fundiendo o evaporándose

está absorbiendo cierta cantidad de calor llamada calor latente de fusión o calor

latente de evaporación, así también que la cantidad de calor tomada (o cedida) por

un cuerpo es directamente proporcional a su masa y al aumento (o disminución) de

temperatura que experimenta.

Gracias a esta investigación me ha hecho tener gran aprendizaje ya que conociendo

estos temas nosotros podemos ver todo lo que está a nuestro alrededor y conocerlo

en diferentes aspectos, así esta información es algo fundamental tanto en nuestra

vida cotidiana como en lo profesional.

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“BIBLIOGRAFIA”

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http://definicion.de/calor/

https://fuentesfisica.wikispaces.com/ESCALAS+TERMOM%C3%89TRICAS

http://fisicayquimicaenflash.es/eso/4eso/e_termica/e_termica02.html

http://es.thefreedictionary.com/dilataci%C3%B3n

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http://www.profesorenlinea.com.mx/fisica/Calor_Cantidad.html

http://www.fisicanet.com.ar/fisica/termodinamica/ap03_fuentes_de_energia.php

http://es.slidhttp://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica_/estadistica/calor/calorimetro/calorimet

ro.htmleshare.net/Bladenight/cantidad-de-calor-9130540

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http://www.fisicanet.com.ar/fisica/termoestatica/ap01_termoestatica.php

http://www.ejemplode.com/37-fisica/

http://fisica.laguia2000.com/termodinamica/termologia

http://mundoffisico.blogspot.mx/2012/05/la-termologia-termo-calor-logia-estudio.html

http://conceptodefinicion.de/termologia/