Calor Y Temperatura

EL CALOR

El calor está definido como la forma de energía que se transfiere 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 simplemente transferencia de energía. Este flujo de energía siempre ocurre desde el cuerpo de mayor temperatura hacia el cuerpo de menor temperatura, ocurriendo la transferencia hasta que ambos cuerpos se encuentren enequilibrio térmico (ejemplo: una bebida fría dejada en una habitación se entibia).

La energía calórica o térmica puede ser transferida por diferentes mecanismos de transferencia, estos son laradiación, la conducción y laconvección, aunque en la mayoría de los procesos reales todos se encuentran presentes en mayor o menor grado. Cabe resaltar que los cuerpos no tienen calor, sinoenergía térmica. La energía existe en varias formas. En este caso nos enfocamos en el calor, que es el proceso mediante el cual la energía se puede transferir de un sistema a otro como resultado de la diferencia de temperatura.

TEMPERATURA

La temperatura es una magnitud referida a las nociones comunes de caliente, tibio o frío que puede ser medida con un termómetro. En física, se define como una magnitud escalar relacionada con la energía interna de un sistema termodinámico, definida por el principio cero de la termodinámica. Más específicamente, está relacionada directamente con la parte de la energía interna conocida como «energía cinética», que es la energía asociada a los movimientos de las partículas del sistema, sea en un sentido traslacional, rotacional, o en forma de vibraciones. A medida de que sea mayor la energía cinética de un sistema, se observa que éste se encuentra más «caliente»; es decir, que su temperatura es mayor.

En el caso de un sólido, los movimientos en cuestión resultan ser las vibraciones de las partículas en sus sitios dentro del sólido. En el caso de un gas ideal monoatómico se trata de los movimientos traslacionales de sus partículas (para los gases multiatómicos los movimientos rotacional y vibracional deben tomarse en cuenta también).

El desarrollo de técnicas para la medición de la temperatura ha pasado por un largo proceso histórico, ya que es necesario darle un valor numérico a una idea intuitiva como es lo frío o lo caliente.

Multitud de propiedades fisicoquímicas de los materiales o las sustancias varían en función de la temperatura a la que se encuentren, como por ejemplo su estado (sólido, líquido, gaseoso, plasma), suvolumen, la solubilidad, la presión de vapor, su color o la conductividad eléctrica. Así mismo es uno de los factores que influyen en la velocidad a la que tienen lugar las reacciones químicas.

La temperatura se mide con termómetros, los cuales pueden ser calibrados de acuerdo a una multitud de escalas que dan lugar a unidades de medición de la temperatura. En el Sistema Internacional de Unidades, la unidad de temperatura es el kelvin (K), y la escala correspondiente es la escala Kelvin o escala absoluta, que asocia el valor «cero kelvin» (0 K) al «cero absoluto», y se gradúa con un tamaño de grado igual al del grado Celsius. Sin embargo, fuera del ámbito científico el uso de otras escalas de temperatura es común. La escala más extendida es la escala Celsius, llamada «centígrada»; y, en mucha menor medida, y prácticamente sólo en los Estados Unidos, la escala Fahrenheit. También se usa a veces la escala Rankine (°R) que establece su punto de referencia en el mismo punto de la escala Kelvin, el cero absoluto, pero con un tamaño de grado igual al de la Fahrenheit, y es usada únicamente en Estados Unidos, y sólo en algunos campos de la ingeniería.

DIFERENCIA ENTRECALOR Y TEMPERATURA

Todos sabemos que cuando calentamos un objeto su temperatura aumenta. Amenudo pensamos que calor y temperatura son lo mismo. Sin embargo este no es el caso. El calor y la temperatura están relacionadas entre si, pero son conceptos diferentes.

El calor es la energía total del movimiento molecular en una sustancia, mientras temperatura es una medida de la energía molecular media. El calor depende de la velocidad de las partículas, su número, su tamaño y su tipo. La temperatura no depende del tamaño, del número o del tipo. Por ejemplo, la temperatura de un vaso pequeño de agua puede ser la misma que la temperatura de un cubo de agua, pero el cubo tiene más calor porque tiene más agua y por lo tanto más energía térmica total.

El calor es lo que hace que la temperatura aumente o disminuya. Si añadimos calor, la temperatura aumenta. Si quitamos calor, la temperatura disminuye. Las temperaturas más altas tienen lugar cuando las moléculas se están moviendo, vibrando y rotando con mayor energía.

Si tomamos dos objetos que tienen la misma temperatura y los ponemos en contacto, no habrá transferencia de energía entre ellos porque la energía media de las partículas en cada objeto es la misma. Pero si la temperatura de uno de los objetos es más ala que la otra, habrá una transferencia de energía del objeto más caliente al objeto más frío hasta que los dos objetos alcancen la misma temperatura.

La temperatura no es energía sino una medida de ella, sin embargo el calor sí es energía.

DILATACION LINEAL Y EJEMPLOS

dilatación lineal: es cuando a un alambre de determinado material(cobre Cu) se le aplica calor y este aumenta su temperatura por lo tanto aumenta su longitud

lf= li ( 1 + α ( tf- ti)

lf= longitud final

li= longitud inicial

α= coeficiente de dilatación(valor constante) busca la tabla, depende de la sustancia.

tf= temperatura final

ti= temperatura inicial

solo importa a lo largo, sí has visto que en las vías del tren o ferrocarril

al unir los rieles existe una pequeña separación, es por cuando existe fricción el acero tiende a calentarse y por lo tanto se dilata.

El cambio de una dimensión lineal de un sólido talcomo el largo, el ancho, alto o una distancia entredos marcas se conoce como la expansión lineal.

Ejemplos:

Ejemplo 1:

un amplio

rango de temperaturas, que el cambio de longitudes

Δl , es proporcional al cambio de temperatura Δt y

a la longitud l, de tal manera que podemos escribir:

Δl =α lΔt , donde α es el coeficiente de

expansión lineal. Este coeficiente tiene diferentes

valores para los diferentes materiales y tiene por

unidad l/grado.

O bien,

Δt/l=a Δ t

Para encontrar la longitud final después de un

cambio de temperatura Δt , escribimos

dl /l=α dt, e integraremos considerando la longitud l para t=t1

y l' para t=t2, siendo t2-ti=

Δt

Ejemplo 2:

Comer con resfriado, ayunar con fiebre.

Presa de la gripe, un hombre de 80 kg tuvo 2ºC de fiebre, es decir, tuvo una temperatura corporal de de 39ºC en lugar de la normal de 37ºC. Suponiendo que el cuerpo humano es en su mayor parte agua, ¿Cuánto calor se requirió para elevar la temperatura esa cantidad?

Solución

Este problema usa la relación entre: calor (la incógnita), la masa, calor especifico y y cambio de temperatura.

M = 80kg

Ce = 4190 j/kg * K (para el agua)

∆T = 39ºC - 37ºC = 2ºC

Luego el calor necesario es:

Q = m Ce ∆T

Q = 80kg (4190j/kg * K) (2K)

Q = 6.7 x 105 joule

Ejemplo 3:

Cambio de longitud por cambio de temperatura.

Un elevador usa una cinta metálica de acero que tiene exactamente 50000 m de longitud a 20ºC ¿Qué longitud tiene en un día de verano caluroso en que la temperatura es de 35ºC?

Solución

Se trata de un problema de expansión lineal donde: la incógnita es la nueva longitud L = ∆L + Lo y conocemos Lo= 50000m, To= 20ºC, Tf= 35ºC y el coeficiente de expansión lineal para el acero α=1.2 x 10-5 K-1, luego

∆L = α ∆T Lo

∆L = 1.2 x 10-5 K-1 (35ºC- 20ºC)(50000m)

∆L = 9m

Luego

L=∆L + Lo

L= 9m +50000m

L = 50009m.

Ejemplo 4:

cual sera la longitud de una cinta de aluminio que a 30°c

mide 78 cm, si su temperatura se eleva a 80°c

datos:

li= 78cm

ti=30°c

lf=?

tf=80°c

formula:

|x= lf - li/li(tf-ti)

sustitucion:

lf=78cm(1+(24x10-6)(80°c-30°c))

=78x/1+(24 exp-6x(8-30)))

Ejemplo 5:

Loa alambres del alumbrado eléctrico son de cobre. supongamos que los postes

están separados a 25m y que los alambres están tensos en un día de verano, cuando la temperatura es de 0°c ¿cual sera la longitud de cada alambre en un día de verano con una temperatura de 30°c?

Datos:

li=25

ti=0°c

lf=?

tf= 30°c

Formula:

lf=li(1|x(+tf-ti))

Desarrollo:

lf= 25m(1+(17x10-6°c-1) (30°c - 0°c))

lf= 25.00.1245-25

=0.01245

DILATACION SUPERFICIAL Y EJEMPLO

Según los expertos, se trata de una dilatación de aspecto similar al de la lineal pero se aplica a cuerpos que, por sus características, son considerados como regiones planas, tal como ocurre por ejemplo con una plancha metálica, un objeto que al experimentar en una determinada zona un notable aumento de la temperatura verá incrementada e incluso algo curvada la superficie del área en cuestión.

De esta explicación, además, se desprenden casos concretos de dilatación superficial fáciles

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