Tema 2 “El Calor” Capítulo 1: La Temperatura Capítulo 2: Materiales y el Calor Capítulo 3: Conservación de la energía

Capítulo 1: La Temperatura Objetivos Caracterizar la temperatura como una propiedad de la materia asociada al movimiento de las partículas que componen un cuerpo. Identificar los puntos de referencia de las escalas termométricas y la relación entre ellas. Comprender el fenómeno de la dilatación térmica como una consecuencia del aumento de temperatura de un cuerpo. Describir la anomalía del agua frente al fenómeno de dilatación térmica

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.

La Temperatura 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.

La Temperatura ºtK = ºtC + 273 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

Asigna como valores fijos el 32 ºF (punto de fusión del agua) y el La Temperatura 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

La Temperatura Escalas termométricas y termómetros

La Temperatura Ejemplo 1º : 92 º F ¿A cuántos grados Celsius corresponden? ¿Y Fahrenheit? 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

La Temperatura Dilatación térmica Al fenómeno por el que los cuerpos experimentan una variación de volumen al modificar su temperatura, se le llama dilatación. La variación de volumen de un sólido o un líquido depende de su naturaleza, generalmente la dilatación en los gases es mayor que en los líquidos y en éstos es mayor que en los sólidos

La Temperatura Dilatación de los Sólidos : Dilatación Lineal : Se contempla en aquellos cuerpos en los que una de sus dimensiones es mucho mayor que en las otras dos (varillas, raíles, vigas....). Obras de arquitectura e ingeniería pueden sufrir deformaciones peligrosas si no se tiene en cuenta la dilatación, para evitarlo, es por lo que se dejan en los edificios las llamadas juntas de dilatación (huecos de separación intercalados perpendicularmente en la obra). Para estudiar la dilatación lineal hay que definir una propiedad de la materia, llamada coeficiente de dilatación lineal (), el que representa el aumento que experimenta cada unidad de longitud de la sustancia al aumentar 1 ºC su temperatura.

La Temperatura Dilatación Superficial Se contempla en aquellos cuerpos en los que una de sus dimensiones es mucho menor que las otras dos ( láminas, membranas...) Para estudiar la dilatación superficial hay que definir una propiedad de la materia, llamada coeficiente de dilatación superficial (), que representa el aumento que experimenta cada unidad de superficie de la sustancia al aumentar 1 ºC su temperatura.

La Temperatura Dilatación Volumétrica Se contempla en aquellos cuerpos en los que las tres dimensiones son parecidas. Para estudiar la dilatación cúbica hay que definir una propiedad de la materia, llamada coeficiente de dilatación cúbica o volumétrica () , que es el aumento que experimenta cada unidad de volumen de la sustancia al aumentar 1 ºC su temperatura.

La Temperatura Dilatación en los Líquidos Es semejante a la dilatación volumétrica de los sólidos. Cada líquido presenta un coeficiente de dilatación cúbica (k) característico, por lo que están tabulados Su expresión es :

La Temperatura Dilatación en los Gases Su estudio se realiza a presión constante. Todos los gases experimentan el mismo incremento de volumen con un mismo incremento de temperatura. El coeficiente de dilatación ( p) de los gases es el mismo para todos, siendo su valor : El valor del volumen final de un gas que ha experimentado un incremento de temperatura, se calcula a partir de la expresión :