CALOR Y TEMPERATURA (DILATACIÓN)

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.