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La sensación de calor o de frío está estrechamente relacionada con nuestra vida cotidiana, es decir, con nuestro entorno. A fines del siglo XVIII se descubrió que la fricción produce calor. Años después se demostró que cuando se proporciona energía, ya sea por fricción, corriente eléctrica, radiación o cualquier otro medio, para producir trabajo mecánico, éste puede ser transformado en una cantidad equivalente de calor. El término calor es utilizado comúnmente en expresiones como ¡hace mucho calor! ¡Está muy caliente! ¡Está frío! CALOR Es la energía que fluye o se transfiere entre los cuerpos de mayor temperatura a los de menor temperatura.
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TEMPERATURA TERMOMETRÍA
La energía a que nos referimos es la energía calorífica. En forma experimental se ha comprobado que el flujo de energía calorífica cesa cuando se igualan las temperaturas de los dos cuerpos. Es decir se logra el equilibrio térmico. Al factor que determina el equilibrio térmico entre dos cuerpos, se le llama: TEMPERATURA Que es la propiedad que determina si un sistema se encuentra o no en equilibrio térmico con otros sistemas. Es una magnitud física que indica qué tan caliente o frío está una sustancia. Los fenómenos relacionados con el equilibrio térmico son estudiados por: TERMOMETRÍA Que es la parte de la Física que se ocupa de la medición de la temperatura de los cuerpos.
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Tú estás familiarizado con las medidas de temperatura
Tú estás familiarizado con las medidas de temperatura. Por ejemplo, si tienes fiebre, colocas un termómetro en tu boca y esperas dos o tres minutos. El termómetro te proporciona una medida de la temperatura de tu cuerpo. ¿Qué está sucediendo? Tu cuerpo está caliente comparado con el termómetro, lo que significa que las partículas de tu cuerpo tienen una energía térmica mayor. Es decir, se transfiere energía a las partículas de vidrio, y aumenta la energía térmica de las partículas que conforman el termómetro. A medida que las partículas de vidrio adquieren más energía, comienzan a transferir energía de vuelta a tu cuerpo, hasta que la energía entre el vidrio y tu cuerpo es la misma. Ahora tu cuerpo y el termómetro están en equilibrio térmico.
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Los términos caliente o frío no son suficientes para definir la temperatura. Por lo que se debe manejar como una cantidad física, es decir, medirla. Cuando se suministra o se extrae calor de un cuerpo o de una sustancia, no solo se eleva o disminuye su temperatura, sintiéndose más caliente o más frío, también se producen alteraciones en su energía calorífica, en su volumen, área o en su longitud, es decir, la materia se contrae o se dilata. La primera escala fue definida en 1714 por el fabricante de instrumentos de origen alemán, Gabriel Daniel Fahrenheit ( ), para lograrlo colocó el instrumento a la temperatura más baja que pudo obtener, mezclando hielo con cloruro de amonio, marcó el nivel mínimo que alcanzaba el mercurio; después registró la temperatura normal del cuerpo humano y marcó el nivel máximo en el termómetro, y entre ambas señales hizo 96 divisiones iguales, o grados Fahrenheit (°F). Más tarde, ampliando los límites de su instrumento observó que una mezcla de hielo en fusión y agua, registraba una lectura de 32 °F, y al colocarla en agua hirviendo leía 212 °F, obteniendo entre ambos límites 180 divisiones iguales.
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En el año de 1742, el biólogo sueco André Celsius ( ), basó su escala en los puntos de fusión y de ebullición del agua, y dividió el intervalo en 100 partes iguales, obteniendo como la temperatura de fusión del hielo, el cero en la escala Celsius o centígrada (0 °C) y la del punto de ebullición a 100 °C, a la presión de una atmósfera, o sea 760 mm Hg. La relación que existe entre estas dos escalas es: más sencillo:
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La escala de temperatura Kelvin está basada en el cero absoluto.
ºK = °C + 273 Una segunda escala absoluta denominada escala Rankine, tiene su punto cero absoluto de 460 °F °R = °F + 460
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Los resultados a los problemas propuestos son:
a) – ° C = ° F b) ° F = 37° C c) ° K = ° F a) 136° F = ° C b) -127° F = ° C °C °F °K °F °C °K 6) °C °F °K PF = 1064° C = 1337° K PE = 2660° C = 2933° K ΔP = 1596° K PF = 1064° C = ° F PE = 2660° C = 4820° F ΔP = ° F
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Cotidianamente estamos en contacto directo con los cuerpos de diferentes temperaturas, somos capaces de establecer diferencias entre lo caliente y lo frío, pero no podemos determinar la cantidad de calor que poseen los cuerpos por el simple contacto con ellos, necesitamos de algo más. Así como la Termometría nos muestra las escalas para la medición de la temperatura, la Calorimetría nos muestra las unidades para cuantificar el calor. CALORIMETRÍA Es la rama de la física que estudia la medición de las cantidades de calor, es decir, las cantidades de energía que intervienen en los procesos térmicos. La unidad de calor apropiada en el sistema S.I. es el Joule
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Sin embargo se utiliza todavía con mucha frecuencia la caloría, la cual se define como:
Es la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de un gramo de agua, en un grado Centígrado. La unidad de calor en el sistema inglés, es la unidad térmica británica (BTU) BTU Es la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de una libra de agua en un grado Fahrenheit. Una caloría (cal) = Joules Un BTU = 778 ft.lb = Kcal
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¿Por qué cuando dejas un bate de aluminio de béisbol al sol, al quererlo tomar lo sueltas inmediatamente? Porque está caliente y te quemas la mano. ¿Qué fue lo que sucedió? El bate incrementó su temperatura por el tiempo que estuvo expuesto al sol. ¿Pasaría lo mismo si fuera de otro material?
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Esto se debe a dos propiedades de la materia.
CAPACIDAD CALORÍFICA (C) Es la relación del calor suministrado con respecto al correspondiente incremento de temperatura del cuerpo. La unidad de la capacidad calorífica en el S.I. es la razón Joules y grado Kelvin (J/°K) CALOR ESPECÍFICO (c) Es la cantidad de calor necesaria para elevar un grado la temperatura de una unidad de masa.
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