Calorimetría Temperatura

Escalas termométricas La Temperatura Temperatura y Calor Escalas termométricas Termómetros Dilatación térmica Anomalía del agua

La Temperatura Temperatura y Calor Toda la materia (sólida, líquida y gaseosa) se compone de átomos o moléculas en movimiento continuo. En virtud de este movimiento aleatorio, los átomos y/o moléculas de la materia poseen una energía cinética. La energía cinética promedio de estas partículas individuales causa un efecto que podemos percibir: el calor. El calor se define formalmente como “la energía cinética total de las moléculas de un cuerpo”

Para comprender la diferencia entre calor y temperatura, es necesario conocer la Teoría Cinético-Molecular cuyas ideas principales son las siguientes: todos los cuerpos están constituidos por partículas llamadas moléculas y éstas por átomos las partículas que forman parte de un cuerpo se encuentran en constante movimiento toda partícula en movimiento tiene energía cinética. si una partícula incrementa su movimiento incrementa su energía cinética

La Temperatura Cuando los átomos o moléculas de la materia se mueven más rápido, la materia se calienta, es decir, sus átomos o moléculas tienen más energía cinética. La cantidad que nos dice qué tan caliente y qué tan frío (sensación térmica) está un objeto en comparación con una referencia es la temperatura. La temperatura se define formalmente como “la energía cinética promedio de las moléculas de un cuerpo” Expresamos la temperatura por medio de un número que corresponde a una marca en una cierta escala graduada: escalas termométricas.

Escalas termométricas y Termómetros Casi toda la materia se expande cuando su temperatura aumenta y se contrae cuando la misma disminuye. Un termómetro ordinario mide la temperatura mostrando la expansión y la contracción de un líquido, por lo común mercurio o alcohol coloreado, que se encuentra en un tubo de vidrio provisto de una escala

Termómetros Son aparatos utilizados para medir la temperatura de los cuerpos, los que se caracterizan por: Alcanzar rápidamente la misma temperatura que el cuerpo con el que se pone en contacto. Medir la temperatura de una forma indirecta, es decir mide una propiedad física relacionada con la temperatura, la cuál se caracteriza por presentar siempre el mismo valor a una temperatura dada y por experimentar las mismas variaciones para los mismos cambios de temperatura. Todas las escalas termométricas atribuyen un valor arbitrario a ciertos puntos fijos, dividiendo las escalas en un número de divisiones iguales.

Escala Celsius Asigna como valores fijos el 0 ºC (punto de fusión del agua) y el 100 ºC (punto de ebullición del agua). El intervalo 0 – 100 lo divide en 100 partes iguales. Escala Kelvin Asigna como valores fijos el 0 ºK (Cero Absoluto) y el 273 ºK (punto de fusión del agua). Las divisiones son iguales que en la escala Celsius La relación con la escala Celsius es : Cero Absoluto : Es la temperatura a la cuál cesa toda agitación térmica y es, por tanto, la mínima temperatura que puede alcanzar un cuerpo ºtK = ºtC + 273

Escala Fahrenheit : Asigna como valores fijos el 32 ºF (punto de fusión del agua) y el 212 ºF (punto de ebullición del agua). El intervalo entre ambas temperaturas se divide en 180 partes iguales La relación con la escala Celsius es : ºt C ºt F - 32 ------ = ----------- 5 9

Escalas termométricas y termómetros

Ejemplo 1º : 92 º F ¿A cuántos grados Celsius corresponden? ¿Y Kelvin? Solución º t c 92 - 32 ----- = ------------ : . ºt c = 33,33 ºC 5 9 ºt K = 33,33 + 273 = 306,33 ºK Ejemplo 2º : 37 º C ¿A cuántos grados Kelvin corresponden? ¿Y Fahrenheit? 37 ºt F - 32 ----- = ------------ : . ºt F = 98,6 ºF 5 9 ºt K = 37 + 273 = 310 ºK

Calor: El calor es la energía que tiene un objeto debida al movimiento de sus átomos y moléculas que están constantemente vibrando, moviéndose y chocando unas con otras. Cuando añadimos energía a un objeto, sus átomos y moléculas se mueven más deprisa, incrementando su energía de movimiento o calor. Incluso los objetos más fríos poseen algo de calor porque sus átomos se están moviendo.

Temperatura: Es una magnitud física escalar que mide el grado de agitación molecular de un cuerpo. En un cuerpo caliente las partículas se mueven más rápidamente porque ellas tiene mayor energía cinética molecular

Escalas Termométricas Escala Celcius: En la escala centígrada el punto de fusión del hielo es de 0ºC y el de ebullición es de 100ºC.

Escala Farenheit En esta escala el punto de fusión del hielo se produce a 32º F y la ebullición del agua a 212º F . = El 0ºF corresponde al punto de fusión de una solución de agua con sal común y cloruro de amonio.

Escala Kelvin Llamada escala absoluta, el punto de fusión del agua se produce a 273,15ºK y el de ebullición es de 373,15ºK Esta escala es la utilizada en el S.I. TºK = tºC + 273,15 Punto de fusión corresponde a la temperatura de equilibrio sólido-líquido. Punto de ebullición corresponde a la temperatura de equilibrio líquido-gas

Dilatación Todos los cuerpos al calentarse aumentan ligeramente de tamaño ( se dilatan ) , pero al enfriarse se contraen. Este fenómeno se debe al comportamiento interno de sus moléculas. Cuando la temperatura de un sólido aumenta las moléculas vibran con mayor intensidad alejándose las unas de las otras, lo que provoca un aumento de volumen.

Dilatación Lineal Dilatación Lineal.- Es el aumento de longitud que experimentan ciertos cuerpos en que la dimensión predominante es el largo, cuando aumenta su temperatura. Tal es el caso de las varillas, rieles, tubos, cables, vigas, etc. En estos cuerpos también se produce dilatación en las otras dimensiones (ancho y alto), pero es insignificante con respecto a la que se produce en el largo por lo que no se considera.  

La dilatación líneal de un sólido depende de tres factores: 1º.- La longitud inicial del cuerpo ( li ) : el aumento de longitud es directamente proporcional al largo inicial del cuerpo. 2º.- El aumento de temperatura ( t ): el aumento de longitud es también, directamente proporcional al aumento de temperatura del cuerpo. 3º.- El coeficiente de dilatación líneal (  ): el coeficiente de dilatación lineal ( a ) : el aumento de longitud depende del material del cual está construido un cuerpo, es decir de su naturaleza Cada material tiene un valor determinado de coeficiente de dilatación lineal

Coeficiente de dilatación lineal es la dilatación media que experimenta un sólido, por unidad de longitud, cuando su temperatura aumenta en 1C

Dilatación Superficial: depende del área inicial y del aumento de temperatura.

Dilatación Cúbica: Las moléculas se expanden en las tres dimensiones.

Ejercicios 1.- Un hilo de cobre (α=17.10-6 °C-1) mide 2,44 m a 20 °C. ¿Cuánto aumentará su longitud al elevarse la temperatura a 45°C? 2.- A una temperatura 15°C una varilla de hierro tiene una longitud de 5 m. ¿Cuál será la longitud al aumentar la temperatura a 25°C? α=1,2.10-6 °C-1 para el hierro 3.- Calcular el aumento de longitud de una barra de cobre de 500 cm de largo, cuando se calienta desde 12°C a 32°C. el coeficiente de dilatación lineal α del cobre es 17. 10-6 °C-1. 4.- .- 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? R: 1500,34 m.

5.- 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. R: 148,47°C 6.- ¿Cuál será el coeficiente de dilatación lineal de un metal sabiendo que la temperatura varía de 95 °C a 20 °C cuando un alambre de ese metal pasa de 160 m a 159,82 m? R: 0,000015/°C 7.- ¿Cuál es el aumento de temperatura sufrido por un trozo de cinc que experimenta una variación de volumen de 0,012 dm³, si su volumen inicial es de 8 dm³? Respuesta: 16,17 °C 8.- El diámetro de un orificio en una placa de acero es de 9 cm cuando la temperatura es de 20 °C. ¿Cuál será el diámetro del orificio a 200 °C?, el coeficiente de dilatación lineal es: 1.2 x 10 -5/°C -1      R = 9.02 cm

9.- Un disco de latón tiene un agujero de 80 mm de diámetro en su centro a 70 °F. Si el disco se coloca en agua hirviendo, ¿Cuál será la nueva área del agujero?     R = 5041.3 mm2 10) Una placa cuadrada de cobre mide 4 cm de lado a 20 °C y se calienta hasta 120 °C. ¿Cuál es el incremento en el área de la placa de cobre?                 R = 0.0544 cm2 11) A una temperatura de 17 °C una ventana de vidrio tiene un área de 1.6 m2. ¿Cuál será su área final al aumentar su temperatura a 32 °C? coeficiente de dilatación lineal 9 x 10 -6/°C -1 .                   R = 1.60022 m

12.-¿Que capacidad tendrá un frasco de vidrio a 25 °C si su valor a 15 ° C es de 50 cm3? el coeficiente de dilatación lineal del vidrio es de 9 x 10 -6/°C -1 .  R = 50.0045 cm3 13.-Cuál es el incremento en el volumen en 16 litros de alcohol etílico cuando la temperatura se incrementa en 30 °C?. El coeficiente de dilatación volumétrica del alcohol es 11 x 10 -5/°C -1 .             R = 0.528 lts 14.-Si 200 cm3 de benceno llenan exactamente una taza de aluminio a 40 °C y el sistema se enfría a 18 °C, ¿Cuanto benceno a 18 °C se podrá agregar a la taza sin que se derrame?                      R = 5.14 cm3