Calorimetría dilatación térmica

Presentación del tema: "Calorimetría dilatación térmica"— Transcripción de la presentación:

1 Calorimetría dilatación térmica
Profesor: Montoya

2 ¿Qué es el calor?

3 Efectos del calor

4 Energía interna de un sistema

5 Temperatura Es la propiedad fisca que permite asegurar si dos o más sistemas están en equilibrio térmico o no.

6 La temperatura Se puede medir en varias escalas Celsius , (0ºC , 100º)
Fahrenheit (32º , 212º) Kelvin (273º , 373º)

7 Escalas Termométricas.
Estas nos permiten asignarles un valor numérico a los distintos estados térmicos de la materia, de manera análoga a como una regla nos permite medir longitudes. La Escala Celcius (C°): - Establecida por Andrés Celsius en 1741. -Utiliza dos temperaturas de referencia que se llaman puntos fijos. -Se divide el intervalo en 100 partes (1°C cada intervalo).

8 Escala Fahrenheit (F°) :
Propuesta por Daniel Fahrenheit en 1724, Utilizada en el mundo Anglosajón y emplea los mismos puntos fijos que a escala centígrada pero los marcas con los números 32°F (fusión) y 212°F (ebullición), dividiendo el intervalo en 180 partes ( 1°F cada intervalo) . T(°C) = T(°F) − 32

9 TK = TC + 273 Escala Kelvin (°K) : Propuesta por Lord Kelvin en 1894
.Sitúa el 0°K en la temperatura a la que las moléculas de un cuerpo, no poseen. El limite inferior para la temperatura de una cuerpo es -273º C. Esta temperatura recibe el nombre de cero absoluto. De esta forma es posible escribir la sgte ecuación que relaciona aproximadamente la temperatura en grados Celsius y la temperatura en Kelvin… TK = TC + 273 0 K corresponde a -273ºC 1 K corresponde a -272ºC 2 K corresponden a -271ºC ……… 273 K corresponden a 0 ºC 373 K corresponden a 100 ºC, etc.

10 Relación de escalas de temperatura.
Consideran el agua: En dos puntos clave.

11 Problemas de Aplicación
1.- Un estudiante de enfermería observa que la temperatura de cierto paciente varía, en un periodo en 5 °C. Dicha variación corresponde en la escala Fahrenheit a.. 4 °F 9 °F 12 °F 13 °F 18 °F

12 2. - Sofía y Tomás son dos hermanos que viajarán a Estados Unidos
2.- Sofía y Tomás son dos hermanos que viajarán a Estados Unidos. Ellos saben que en dicho país se utiliza una escala de temperatura distinta a la escala Celsius empleada en Chile, la escala Fahrenheit. Para entender como se relacionan estas escalas, Sofía y Tomás se proponen descubrir una manera de transformar los grados Celsius en grados Fahrenheit. Respecto de la situación planteada determina… Cual es el modelo que permite transformar la temperatura de una escala a otra? Sofía y Tomás quieren saber a que temperatura en Grados Fahrenheit una persona tiene fiebre. Recuerda que se considera que una persona tiene Fiebre a partir de los 37°C. En el informe del Tiempo se señala que las Temperaturas máximas que se alcanzarán en la ciudad a la que irán Sofía y Tomás serán de 41°F . ¿ Deben llevar ropa abrigada?

13 Instrumentos para medir temperatura
Termómetro . Se gradúa según los efectos.

14 Efecto del Calor 1° Cambios de Estado Líquido a Gas Solido a Líquido
El calor absorbido por un cuerpo en la evaporización es igual al calor cedido por este en la condensación. Punto de fusión: 100°C (agua) Solido a Líquido El calor absorbido por un cuerpo en la fusión es igual al calor cedido por este en la solidificación. Punto de Fusión: 0°C (agua)

15 Dilatación térmica

16 Modelo de la dilatación lineal

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18 Dilatación Lineal La dilatación de un objeto ocurre en todas direcciones ya que cuando aumenta o disminuye la temperatura en todos se produce un cambio (longitud, altura, anchura) Sin embargo en cables o barras las dimensiones como el ancho-largo son despreciables. Para el caso de una dilatación Lineal de una barra, el modelo matemático que asocia las características ya mencionadas es..

19 Coeficientes de dilatación lineal.

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21 Dilatación superficial.

22 Aplicaciones de la dilatación térmica.

23 Dilatación volumétrica.

24 Dilatación Térmica volumétrica.
Al cambio en las dimensiones de un objeto debido a la variación de su temperatura le llamaremos Dilatación Térmica. Y para estudiarla, lo haremos por separado, según las dimensiones por considerar…

25 Relación entre coeficientes de dilatación térmica.

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27 Problemas de Aplicación
1.- ¿Cual es la Dilatación Lineal que experimenta el riel de una línea Férrea (de acero), cuya longitud inicial es de 20m , cuando la Temperatura varía de 15°C a 45°C? (R/0,66cm) 2.- En un experimento en laboratorio los ingenieros quieren saber la temperatura en la que un cuerpo de plomo alcanza los m de longitud, cuando inicialmente se mantiene m a una temperatura de 26°C.(R/ °C) 3.- Dos tubos de acero de igual sección transversal y de largo L y 2L metros, respectivamente, se encuentran en ambientes aislados idénticos. ¿En cuál de las siguientes alternativas se expresa correctamente lo que se debe hacer para que ambos tubos se dilaten o contraigan en la misma medida? A) Poner en contacto los dos tubos. B) Someter ambos tubos a la misma variación de temperatura. C) Someter al más corto al doble de variación de temperatura que el más largo. D) Someter al más largo al doble de variación de temperatura que el más corto. E) Ninguna de las anteriores.

28 Dilatación Superficial
Es aquella en que predomina la variación en dos dimensiones, es decir, la variación del área del cuerpo debido a la intervención de un cambio de Temperatura. Matemáticamente la Dilatación se puede calcular de la sgte fórmula: ΔA = A0 ⋅ 2α ⋅ ΔT ΔA= Variación de la Superficie A0= Superficie Inicial 2α = Coeficiente de Dilatación ΔT = Variación de la Temperatura

29 Dilatación Volumétrica
Es aquella en que predomina la Variación en tres dimensiones, es decir, la variación del volumen del cuerpo. Este fenómeno se ve dado la siguiente formula matemática: ΔV = V0 ⋅ 3α ⋅ΔT De manera equivalente a la dilatación anterior se analiza la variación de volumen de un cuerpo que inicialmente posee un volumen V0 y para una variación de temperatura ΔT, su volumen aumentará en ΔV.

30 Coeficientes de dilatación de algunos solidos y líquidos.

31 Problemas de Aplicación
1.- Una barra de aluminio de 0.01 m3 a 16°C, se calienta a 44°C. Calcular.. A) Cual será el Volumen final? (R/ m3) B) Cual fue su dilatación volumétrica? ( R/1.88 x10-5) 2.- Una esfera hueca de acero a 24° C tiene un volumen de 0.2 m3.Calcular.. a)¿Qué volumen final tendrá a - 4° C en m3 y en litros? b)¿Cuánto disminuyó su volumen en litros ?

32 Dilatación de liquidos

33 Dilatación de liquidos.
Uu Dilatación de liquidos.

34 Dilatacion de liquidos
Los líquidos se dilatan mas que los solidos Se distinguen dos tipos de dilatación.

35 Propiedades

36 Propiedades

37 Viscosidad de los líquidos.

38 Tensión superficial

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41 Capilaridad

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43 Dilatación aparente Es la que se observa en el liquido influenciada por la que experimenta el recipiente que lo contiene

44 Dilatación real Es la dilatación propia del liquido, es la que observaríamos si el recipiente no se dilatara

45 Para tener en cuenta.

46 Expresión matemática.

47 Coeficientes de dilatación de liquidos.

48 Anomalía del agua.

49 Densidad del agua

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51 Problemas de aplicación.
1.- Calcule el incremento de longitud de un alambre de cobre que mide 90 cm , cuando su temperatura cambia de 12ºC a 32ºC ( 17cm) 2.- Una barra de 3,0 metros de largo , se expande 0,091 cm después de un aumento de temperatura de 60ºC .¿Cual es el valor del coeficiente de dilatación térmica del material del cual esta hecha la barra? (5,1 𝑥10 −4 ) 3.- Una rueda lisa tiene un diámetro de 30 cm a la temperatura de 15ºC . El diámetro interior de su aro de acero mide 29,930 cm. ¿A que temperatura se debe calentar el aro para que pueda resbalar sobre la rueda ? (277,7ºC)

52 4.- Una esfera de hierro tienen un diámetro de 6cm y es 0,010 mm mas grande que el diámetro de un agujero que se encuentra en una placa de bronce ; tanto la placa como la esfera están a únala temperatura de 30ºC .¿A que temperatura( la misma para la esfera y la placa) apenas pasara la esfera por el agujero (54ºC)

53 5.- Una regla de aluminio , calibrada a 50ºC , se utiliza para medir cierta distancia como 88,42 cm a 35ºC . Calcule el error en la medición debido a la dilatación de la regla Se encuentra que la longitud de una barra de acero medida con la regla es de 88,42 cm . A 35ºC .¿Cual es la longitud correcta de la barra de acero a 35ºC? ( 0,058 , 88cm)

54 6.- Una esfera solida de masa m y radio R gira libremente sobre su eje con una velocidad angular W. Cuando su temperatura se incrementa en ∆𝑇 , su velocidad angular cambia a w`. Determine el valor de w`, si el coeficiente de dilatación lineal del material del cual esta hecha la esfera es 𝛼 (1+2𝛼∆𝑇+ ∆𝑇 2

55 7.-Encuentre el aumento de volumen de 100 𝑐𝑚 3 de Hg cuando su temperatura cambia de 10ºC a 35ºC
(0,45 𝑐𝑚 3 ) 8.- El coeficiente lineal del vidrio es 9,0𝑥 10 −4 1/º𝐶 , un picnómetro ( frasco que sirve para medir la densidad relativa de un liquido) tiene n una capacidad de 50,000 mL a 15ºC. Calcule su capacidad a 25ºC (50,014 mL)

56 8.- Determine el cambio en el volumen de un bloque de hierro fundido de 5,0cm x 10cm x6,0cm , cuando la temperatura cambia de 15ºC a 47ºC ,. ( el coeficiente de dilatación lineal de hierro fundido es 0, /ºC) (0,29 𝑐𝑚 3 ) 9.- Un recipiente de vidrio se llena exactamente con 1 litro de trementina a 20ºC ¿Qué volumen de liquido se derrama cuando su temperatura se eleva a 86ºC? (62mL)

57 10.- La densidad del oro a 20ºC es de 19,30 𝑔𝑟 𝑐𝑚 3 , y el coeficiente de dilatación lineal es de 14,3 𝑥10 −6 º𝐶 −1 . Calcule la densidad del oro a 90,0 ºC (19,2 𝑔𝑟 𝑐𝑚 3 ) 11.- un matraz de vidrio , tiene una capacidad de 5litros a 10ºC .¿Cuantos gramos de alcohol se derraman si se calienta a 70ºC?

58 12. - A 10ºC , un frasco esta lleno de mercurio
12.- A 10ºC , un frasco esta lleno de mercurio. Si se calienta hasta los 260ºC se derraman 200centímetros cúbicos de este liquido. Cual es el volumen inicial del frasco? 13.- un liquido cuyo coeficiente de dilatación volumétrica es 6,9 𝑥10 −6 º𝐶 −1 ,m, fue colocado en un recipiente de aluminio , alcanzando una altura H dentro de este ultimo . Calcule: La dilatación aparente del liquido Si el conjunto recipiente-liquido se calentara . El nivel del liquido .¿Subiría , bajaría , o no experimentaría alteración?

59 Transferencia Calorífica
El calor es una forma de energía que se propaga siempre desde un cuerpo a mayor temperatura a otro cuya temperatura es menor…. Sin embargo … ¿Cómo ocurre dicha transferencia de energía? A continuación analizaremos las distintas formas de Transferencia Calorífica…

60 Conducción Convección Radiación Es típica en materiales solidos. Es típica de Líquidos y Gases Se presenta en todos los estados Físicos Es la Transferencia de calor que tiene lugar por transmisión de Energía de unas partículas a otras, sin desplazamiento de estas. Es la Transferencia de calor que tiene lugar mediante el movimiento de las partículas de un fluido. El transporte es efectuado por moléculas de aire. Es la Transferencia de calor mediante ondas electromagnéticas sin intervención de partículas que lo transporte.

61 Ley Cero de la Termodinámica
La Ley cero de la Termodinámica establece que, cuando dos cuerpos están en equilibrio térmico con un tercero, estos están a su vez en equilibrio térmico entre sí.

62 El calor ganado o perdido por un cuerpo es igual al producto de sus masas, su calor específico y el cambio de temperatura. -La energía Q que interviene en un cambio de estado depende las características de las sustancia y de su masa m. Q = m L L= Calor latente m= Cantidad de materia m= Cantidad de la materia ósea masa. Q= Calor C= Calor especifico -(ti-tf);+(tf-ti)= Variación de la temperatura

63 Calores latentes

64 Equilibrio Térmico - Q absorbido = Q cedido
Cuando dos cuerpos a distinta temperatura, se ponen en contacto, al cabo de cierto tiempo se acaban igualando sus temperatura. A este fenómeno se le denomina Equilibrio Térmico. - Q absorbido = Q cedido

65 Problemas de Aplicación
1.- Calcular la cantidad de calor necesario para elevar la temperatura a 10 Kg. De cobre de 25 ºC a 125 ºC ? ( Dato: Ce = 0.09 Cal/gr.ºC) 2.-Se mezclaron 5 Kg. de agua hirviendo con 20 Kg. de agua a 25 ºC en un recipiente. La temperatura de la mezcla es de 40 ºC. Si no se considera el calor absorbido por el recipiente. Calcular el calor entregado por el agua hirviendo y el recibido por el agua fría.

66 Montoya.-