3.1
Temperatura
3.2 Escalas
Termometricas
Existen varias escalas termométricas para medir
temperaturas, relativas y absolutas:
Escala Celsius
El científico sueco Anders
Celsius construyó por primera vez la escala termométrica que lleva su
nombre. Eligió como puntos fijos el de fusión del hielo y el de ebullición del
agua, tras advertir que las temperaturas a las que se verificaban tales cambios
de estado eran constantes a la presión atmosférica. Asignó al primero el valor
0 y al segundo el valor 100, con lo cual fijó el valor del grado Celsius (°C)
como la centésima parte del intervalo de temperatura comprendido entre esos dos
puntos fijos.Escala Farenheit
La escala Fahrenheit difiere de la Celsius tanto en los valores asignados a los puntos fijos, como en el tamaño de los grados. 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.
Escala 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 - 273,16°C. La relación con la escala Celsius viene dada por la ecuación:
T(K) = t(°C) + 273,16 ó t(°C) = T(K) - 273,16
T(K) = (5/9) * [t(°F) + 459,67] ó t(°F) = (9/5) * T(ºK) - 459,67
siendo T(K) la temperatura expresada en kelvins.
Escala Rankine
Se denomina Rankine a la escala de temperatura que se define midiendo en grados Fahrenheit sobre el cero absoluto, por lo que carece de valores negativos. Esta escala fue propuesta por el físico e ingeniero escocés William Rankine en 1859.
T(ºRa) = t(°F) + 459,67 ó t(°F) = T(ºRa) - 459,67
T(ºRa) = (9/5) * [t(°C) + 273,16] ó t(°C) = (5/9) * [T(ºRa) - 491,67]
siendo T(ºRa) la temperatura expresada en grados Rankine.
3.3 CALOR
El calor lo definimos como la transferencia de
energia entre diferentes cuerpos o zonas de un mismo cuerpo que se encuentran a
distintas temperaturas; el calor es una energia en transito osease en
movimiento.
3.4
DILATACIÓN DE LOS CUERPOS
Cuando un cuerpo
se expone al calor este sufre un expansión llamada dilatación, la puede haber
de diferentes formas dependiendo del material, entonces tenemos a la
dilatación lineal, superficial y volumétrica.
Luego
entonces hablaremos de la DILATACIÓN LINEAL donde nos encontramos con un cuerpo
sólido y alargado con forma de barra, así cuando se ve influenciado por el
calor se alarga, y para medir este cambio tenemos a la siguiente ecuación:
∆L = LO α∆T
Y así lo obtenemos con
la longitud original, el coeficiente de dilatación lineal dependiendo del
material del que este hecha la barra representado con el signo α y por ultimo al cambio de temperatura que haya sufrido el cuerpo
Ahora trataremos a la DILATACIÓN SUPERFICIAL en esta hablamos de un cuerpo con cierta área, y cuando se ve afectada por el cambio de temperatura esta cambia área, y lo podemos medir con la siguiente ecuación β = 2α, y teniendo esto, su aumento de temperatura y el área original podemos obtener su dilatación superficial.
Por último nos encontramos con la DILATACIÓN
VOLUMÉTRICA aquí tratamos con objetos con un volumen que se ve aumentado por la
exposición al calor, y este incremento de volumen lo podemos determinar con la
siguiente ecuación:
∆V = γ Vo ∆T
ó (V- Vo)
= γ Vo ( T – To)
En estas encontramos al coeficiente de dilatación volumétrica
representado por el símbolo γ, al volumen original y a su cambio de
temperatura.
Para un mejor entendimiento plantearemos un problema:
Se tiene un vaso de aluminio de 7 cm de
diámetro y 10cm de alto, el vaso está lleno de mercurio hasta ras. ¿se
derramará el mercurio o quedará dentro del vaso, si a todo el sistema se le
aumenta la temperatura de 20°C hasta 80°C y con un espesor el vaso de
.2cm? R = Sí se derrama.
P = π D
= π ( 7 cm) = 21.99cm
A = Bh = (21.99cm) (10cm) = 219.9cm2
A = πD2/4 =
38.48cm2
AT = 219.9cm2 +
38.4cm2 = 259.3cm2
V = ATE = 258.3cm2 (
.2cm2 )
V = 51.66cm3..Volúmen de aluminio
80°C – 20°C = 60°C
Al : ∆V = Vo γ ∆T = ( 51.6 cm3 ) (
6.9x10-5 1/°C ) ( 60°C) = .213cm3
3α = 3 ( 23x10-6 1/°C
) = 6.9X10-5 1/°C
( 38.48cm2 ) ( 10cm ) = 384.8cm3
Hg : ∆V = Vo γ ∆T = (384.84cm3 )
(.18x10-3 1/°C ) ( 60°C )
∆V = 4.15cm3 ..Volúmen
del vaso
3.5 CALOR ESPECÍFICO
El calor puede ceder o recibir calor
depende del material. Esta cantidad de calor lo podemos deducir mediante la
siguiente ecuación.
ΔQ= mcΔT
3.6 CALOR LATENTE
Es el calor que se requiere para poder cambiar
de estado solido a líquido y liquido a gas y viceversa. Para poder sacar el
calor latente se requiere de la siguiente ecuación.
Q= L.M
Para entenderle mejor a estos temas
ejemplificaremos con dos problemas. El primero, empezando con una temperatura
de 0°C y el segundo empezando con una temperatura de -6 ° C:
¿Cual seria la
temperatura a la que llegaría una jarra de agua de 1.5Lt al colocarle 15 cubos
de hielo de 10grs c/u, si esta a un temperatura inicial de 20°C?
Q=m.L
Q= (150grs) (80cal/g)
Q= 12000cal
Segunda fase:
Q= mcΔT
Q= (150grs) (1cal/g°C) (Tf-0°C)
Q= 150 cal/°C Tf
Tercera fase:
Q= mcΔT
Q= (1500grs)(1cal/g°C)(Tf-20°C)
Q= (1500grs) (1cal/g°C) (Tf)-(1500grs)
(1cal/g°C) (20°C)
Q= (1500cal/°C) Tf-30000cal
Qg= -Qp
12000cal+150cal/°C Tf= - (-1500cal/°C Tf-
30000cal)
150cal/°C Tf+1500cal/°C Tf=
-12000cal+30000cal
1650cal/°C Tf= 18000cal
Tf=18000cal/1650cal/°C
Tf=10.9°C
Ø ¿Cuál
sería la temperatura a la que llegará una jarra de agua de 750gr, al colocarle
200grs de hielo a -6°C, si la temperatura está a 99°C?
Primera fase:
Q= mcΔT
Q= (2000grs) (.55cal/g°C) (0°C-
6°C)
Q=
660cal
Segunda fase:
Q= m.L
Q=
(200grs) (80cal/g)
Q= 16000cal
Tercera fase:
Q= mcΔT
Q= (200grs) (1cal/g°C) (Tf- 0°C)
Q= 200cal/°C Tf
Cuarta etapa:
Q=mcΔT
Q= (750grs) (1cal/g°C) (Tf-99°C)
Abc-abd
Q= (750grs) (1cal/g°C) Tf-(750grs) (1cal/g°C)
(99°C)
Q= 750cal/°C Tf-74250cal
Qg= -Qp
16660cal+200cal/°C Tf= - (750cal/°C
Tf+74250cal)
200cal/°C Tf+750cal/°C Tf= -16660cal+74250cal
950cal/°C Tf= 57590cal
Tf=57590cal/950cal/°C
Tf= 60.62°C
