DILATACIÓN
Cuando
un cuerpo se calienta, las moléculas que lo componen empiezan a vibrar
requiriendo más espacio entre ellas, de manera que se expande el espacio en el
cuerpo y con ello el tamaño del mismo. A esta expansión del cuerpo se le conoce
como dilatación.
TIPOS DE DILATACIÓN
Existen
tres tipos de dilatación:
LINEAL
La dilatación lineal es
aquella en la cual predomina la variación en una única dimensión, o sea, en el
ancho, largo altura del
cuerpo, se representa de la siguiente manera:
ΔL=LoΔT
Donde:
Δ=
Representa el calor ganado.
Lo=
Representa la longitud inicial.
ΔT=
Representa el cambio de temperatura.
ᾳ=
Es la dilatación del material.
Para calcular la
dilatación lineal de un cuerpo solido se utiliza la ecuación:
Α= Lf – Li
Li(Tf – Ti)
α= Coeficiente de
dilatación lineal (1/ºC)
Lf= Longitud final del cuerpo (m)
Li= Longitud inicial del cuerpo (m)
Tf= Temperatura final del cuerpo (ºC)
Ti= Temperatura inicial del cuerpo (ºC)
SUPERFICIAL
Es
aquella en que predomina la variación en dos dimensiones, o sea, la variación
del área del cuerpo debido a la intervención de un cambio de temperatura.
Este
fenómeno se representa con la siguiente fórmula:
ΔA=βAoΔT
Donde:
ΔA=
Representa el aumento de área.
Β=
Representa la dilatación del material.
Ao=
Es el área inicial.
ΔT=
Es el incremento de temperatura.
Para calcular la
dilatación superficial de un cuerpo sólido se utiliza la siguiente ecuación:
β= Sf – Si
Si(Tf – Ti)
β= Coeficiente de
dilatación superficial (1/ºC)
Sf= Superficie final del
cuerpo (m²)
Si= Superficie inicial del cuerpo (m²)
Tf= Temperatura final del cuerpo (ºC)
Ti= Temperatura inicial del cuerpo (ºC)
VOLUMETRICA
Es aquella en que
predomina la variación en tres dimensiones, o sea, la variación del volumen del
cuerpo, este fenómeno se ve dado por la siguiente formula:
ΔV=ᵧVoΔT
Donde:
ΔV= Representa el aumento
de volumen del cuerpo.
Vo= Representa el volumen
inicial.
ΔT= Es el cambio de
temperatura.
Para calcular la
dilatación volumétrica de una sustancia se utiliza la ecuación:
ᵧ= Vf – Vi
Vi (Tf-Ti)
ᵧ= Coeficiente de
dilatación volumétrica (1/ºC)
Vf= Volumen final del cuerpo (m³)
Vi= Volumen inicial del cuerpo (m³)
Tf= Temperatura final del cuerpo (ºC)
Ti= Temperatura inicial del cuerpo (ºC)
SITUACIONES EN LAS
QUE SE PERCIBEN CAMBIOS DE TEMPERATURA
-Cuando dejas hielo seco a temperatura ambiente
este pasa a estado gaseoso sin pasar por el liquido
-Calentar agua hasta que se evapore
-Calentar hielo hasta que e derrita
-Congelar agua
CALOR
El calor se define como la
transferencia de energía térmica que se da entre diferentes cuerpos o
diferentes zonas de un mismo cuerpo que se encuentran a distintas temperaturas,
sin embargo en termodinámica generalmente el término calor significa
transferencia de energía.
Cuando
dos cuerpos que tienen distintas temperaturas se ponen en contacto entre sí, se
produce una transferencia de calor desde el cuerpo de mayor temperatura al de
menor temperatura. La transferencia de calor se puede realizar por tres
mecanismos físicos: conducción, convección y radiación.
Conducción: La
conducción es el mecanismo de transferencia de calor en escala atómica a través
de la materia por actividad molecular, por el choque de unas moléculas con
otras, donde las partículas más energéticas le entregan energía a las menos
energéticas, produciéndose un flujo de calor desde las temperaturas más altas a
las más bajas. Los mejores conductores de calor son los metales. El aire es un
mal conductor del calor. Los objetos malos conductores como el aire o plásticos
se llaman aislantes.
Convección: La convección es
el mecanismo de transferencia de calor por movimiento de masa o circulación
dentro de la sustancia. Puede ser natural producida solo por las diferencias de
densidades de la materia; o forzada, cuando la materia es obligada a moverse de
un lugar a otro, por ejemplo el aire con un ventilador o el agua con una bomba.
Sólo se produce en líquidos y gases donde los átomos y moléculas son libres de
moverse en el medio.
Radiación: La radiación
térmica es energía emitida por la materia que se encuentra a una temperatura
dada, se produce directamente desde la fuente hacia afuera en todas las
direcciones. Esta energía es producida por los cambios en las configuraciones
electrónicas de los átomos o moléculas constitutivos y transportada por ondas
electromagnéticas o fotones, por lo recibe el nombre de radiación
electromagnética.
CALOR
PERDIDO Y GANADO POR LOS PESOS
Equilibrio
térmico
A mayor temperatura igual el calor absorbido por el cuerpo que estaba a
menor temperatura. Si el proceso continúa, los dos cuerpos alcanzaran la misma
temperatura llegándose al equilibrio térmico y cesando el flujo de calor entre
ellos. Sea un cuerpo caliente de calor específico C1 y su masa m1, que se encuentra a la temperatura t1. Si se pone en contacto con otro
cuerpo frío de calor específico C2 y masa m2, está a la temperatura t2 y no hay pérdidas de calor;
todo el calor cedido por el primero debe ser igual al absorbido por el segundo.
Si se les permite alcanzar el equilibrio térmico adoptan la temperatura
de equilibrio t. Entonces se tiene:
Calor cedido por el cuerpo caliente al pasar de t1 a t.
Calor absorbido por el cuerpo frío al pasar de t2 a t1
Calor cedido por el cuerpo caliente igual a calor absorbido por el
cuerpo frío:
Donde:
Ce=Calor especifico (1 y 2)
m=Masa del objeto (1 y 2)
Tf= Temperatura final
Ti=Temperatura inicial.
Esta expresión permite calcular la temperatura de equilibrio
o el calor específico de alguno de los dos cuerpos.
TEMPERATURA
La temperatura es una magnitud física que
refleja la cantidad de calor, ya sea de un
cuerpo, de un objeto o del ambiente. Dicha magnitud está vinculada a la noción
de frío (menor temperatura) y caliente (mayor temperatura).
DIFERENCIA
ENTRE CALOR Y TEMPERATURA
Es común pensar que calor y temperatura significan lo mismo.
Pero
no es así, si bien el calor y la temperatura se relacionan,
pero son 2 cosas diferentes.
El calor es
la energía del desplazamiento de moléculas en un elemento y
la temperatura en tanto, es una medida de la energía molecular
El instrumento que sirve para medir la temperatura es:
Existen varios tipos de termómetros, como son:
TERMÓMETRO ÓPTICO
Dispositivo de medida de la temperatura en el que las propiedades de
transmisión y reflexión de la luz visible dependen de la temperatura y cuya
detección se puede relacionar con la temperatura tisular, es decir, de los
tejidos de los organismos. El termómetro óptico permite visualizar la
temperatura en una pequeña pantalla de forma digital.
TERMÓMETRO METÁLICO
Están constituidos por un tubo de acero inoxidable en cuyo interior está
colocada una espiral helicoidal bimetálica. Dicha espiral esta soldada por un
extremo a la parte inferior del tubo y por otra una varilla de transmisión, a
su vez está conectada a una aguja indicadora.
TERMÓMETRO CLÍNICO
Es un instrumento de medición cuya función
principal es medir la temperatura corporal; Por lo general, los
termómetros clínicos miden un rango de temperaturas comprendido entre 35 y
40°C, ya que temperatura humana normal está en el rango de 35 a 37°C,
existiendo fiebre a partir de 37,7°C, en adultos o 38°C en lactantes.
TERMÓMETRO DE MÁXIMAS Y MÍNIMAS
Señala la temperatura máxima y mínima del lugar
donde se encuentra. El termómetro se compone de un capilar que contiene dos
varillas unidad, correspondiendo la varilla de la izquierda a la temperatura
mínima y la varilla de la derecha a la temperatura máxima. Ambas varillas están
llenas de líquido por donde se desliza el testigo de la temperatura
alcanzada.
TERMÓMETRO DE ALCOHOL
Es un tubo capilar de vidrio de un diámetro interior muy pequeño (casi
como el de un cabello), que cuenta con paredes gruesas; en uno de sus extremos
se encuentra una dilatación, llamada bulbo, que está llena de alcohol.
ESCALAS DE TEMPERATURA
ACTIVIDAD EXPERIMENTAL DE TEMPERATURA
Materiales:
-Un recipiente con agua caliente
-Un recipiente con agua tibia
-Un recipiente con agua fría
Procedimiento:
Se colocó una mano dentro del recipiente con el agua
caliente y la otra mano en el recipiente con agua fría
Luego se metieron las dos manos en el agua tibia.
Observaciones:
Al introducir las manos en el recipiente con agua tibia después de
que ya se habían introducido en los recipientes con
agua fría y caliente, se siente como se va normalizando la
temperatura en ambas manos, pero al dejar reposar más tiempo las
manos dentro del agua tibia se siente en la mano donde se tenía el agua
caliente la sensación de que el agua se siente un
poco más fría y en la mano donde se tenía
la fría el agua se siente un poco más caliente.
