Introduccion A La Termica

Introducción

La energía térmica es la forma de energía que interviene en los fenómenos caloríficos. Cuando dos cuerpos a diferentes temperaturas se ponen en contacto, el caliente comunica energía al frío; el tipo de energía que se cede de un cuerpo a otro como consecuencia de una diferencia de temperaturas es precisamente la energía térmica.

La física térmica se basa en el estudio de los fluidos en reposo y en movimiento, las leyes que rigen el comportamiento del calor y la temperatura, nos ayuda a entender el calentamiento global, la forma cómo obtenemos calor del sol o por qué se mueve el agua de los océanos.

Para estudiar la física térmica, es necesario saber sobre la temperatura de las cosas. Para medir temperatura se usan tres escalas: Fahrenheit, centígrado (o Celsius), y Kelvin. En la ciencia, la gama de temperaturas varía bastante desde millones de grados en el centro de las estrellas, hasta cientos de grados bajo de cero en las lunas heladas.

También es necesario saber cuánto calor está almacenando un objeto. El calor puede ir de un objeto a otro. Este flujo del calor puede derretir el hielo o generar los cambios en nuestra atmósfera que originan tempestades y truenos. La Física térmica asocia la Termodinámica y la Mecánica estadística.

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Objetivos Generales.

 Estudiar la transferencia de la energía térmica entre cuerpos distintos, mediante la realización de experimentos con cuerpos que se encuentren a temperatura diferentes y análisis de situaciones térmicas análogas, con el objeto de adquirir los conceptos de temperatura, calor y capacidad calórica, que le permitan aplicarlos al tratar problemas físicos.

Objetivos Específicos.

 Realizar experiencias relacionadas con el equilibrio térmico entre cuerpos que en contacto intercambien calor a temperaturas diversas, las cuales conduzcan a la adquisición de habilidades y destrezas en la diferenciación del equilibrio y no equilibrio térmico, así como el reconocimiento de la capacidad calórica de los cuerpos, a fin de aplicar estos conocimientos en la resolución de problemas relacionados con mediciones y cálculos de temperatura, cuyas soluciones puedan ser transferidas a situaciones de la vida real.

 Analizar situaciones relacionadas con la transferencia de energía térmica de un cuerpo a otro.

 Determinar la cantidad de calor entre dos cuerpos a temperaturas diversas.

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Marco Teórico

1. Energía Térmica.

Se denomina energía térmica a la energía liberada en forma de calor. Puede ser obtenida de la naturaleza o del sol, mediante una reacción exotérmica, como la combustión de algún combustible; por una reacción nuclear de fisión o de fusión; mediante energía eléctrica por efecto Joule o por efecto termoeléctrico; o por rozamiento, como residuo de otros procesos mecánicos o químicos. Asimismo, es posible aprovechar energía de la naturaleza que se encuentra en forma de energía térmica, como la energía geotérmica o la energía solar fotovoltaica.

2. Temperatura. Escalas de temperatura.

La magnitud que nos dice qué tan caliente o qué tan frío está un objeto es la temperatura. Expresamos la temperatura por medio de un número que corresponde a una marca en una cierta escala graduada. Cuando un cuerpo se calienta o se enfría, cambian algunas propiedades físicas. Por ejemplo, la mayor parte de los sólidos y de los líquidos se dilatan al calentarse. Un gas, que esté en condiciones de hacerlo, se dilatará también al calentarse o bien, si su volumen se mantiene constante, aumentará su presión. Si se calienta un conductor eléctrico, variará su resistencia eléctrica. Una propiedad física que varía con la temperatura, se denomina propiedad termométrica. Un cambio de una propiedad termométrica indica que se ha producido una variación de la temperatura del objeto.

Supongamos que colocamos una barra caliente de cobre en contacto con una barra fría de hierro. La barra de cobre se contrae ligeramente, indicando que se está enfriando, mientras que la barra de hierro se dilata ligeramente, lo que indica que se está calentando. Se dice que ambas barras están en contacto térmico. Finalmente este proceso termina; es decir, ninguna de las barras varía posteriormente de longitud. Cuando esto ocurre decimos que las dos barras están en equilibrio térmico entre sí.

Si dos objetos están en equilibrio térmico con un tercero, entonces están en equilibrio térmico entre sí. Este enunciado suele denominarse principio cero de la termodinámica, y nos permite definir una escala de temperaturas. En la escala más utilizada se asigna el número 0 a la temperatura de congelación del agua y el número 100 a la temperatura de ebullición del agua (a la presión atmosférica normal). El intervalo se divide en 100 partes iguales llamados grados. Se trata de la escala Celsius.

En la escala que se usa comúnmente en Estados Unidos, el número 32 denota la temperatura de congelación del agua y el número 212 se asigna a la temperatura de ebullición. Esta escala se conoce como escala Fahrenheit. No es difícil demostrar la relación general entre una temperatura Fahrenheit tF y una temperatura Celsius tC;

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La escala que se emplea en la investigación científica es la del Sistema Internacional: la escala Kelvin. En la escala Kelvin se asigna al número cero a la menor temperatura posible: cero absoluto. A una temperatura de cero absoluto, las sustancias ya no tienen energía cinética que ceder. El cero de la escala Kelvin, o cero absoluto, corresponde a –273 0C de la escala Celsius.

La temperatura está asociada con los movimientos aleatorios de las moléculas de una sustancia. En el caso más simple de un gas ideal la temperatura es proporcional a la energía cinética promedio debida al movimiento translacional de las moléculas.

3. Temperatura

Se determina lo frío o caliente que está un objeto, midiendo su temperatura. La temperatura es una cualidad del calor que se puede considerar como el nivel que éste alcanza en los cuerpos. La temperatura es la medida del calor. Mientras que el calor es una expresión del movimiento (energía cinética) de las partículas que componen un cuerpo.

Físicamente es una magnitud escalar relacionada con la energía interna de un sistema termodinámico, definida por el principio cero de la termodinámica. La temperatura se considera una representación de la energía cinética interna media de las moléculas que integran el cuerpo considerado sea en un sentido translacional, rotacional, o en forma de vibraciones. A medida que es mayor la energía de un sistema se observa que está más "caliente" es decir, que su temperatura es mayor. . Esta energía cinética se manifiesta en forma de agitación térmica, que resulta de la colisión entre las moléculas del cuerpo y puede llegar a ser muy energética.

4. Instrumentos de medición de la temperatura.

El más conocido es el termómetro, Es un tubo hueco de vidrio, con un engrosamiento (bulbo) en un extremo. En su interior hay una sustancia líquida, que al dilatarse o contraerse, subirá o bajará por la finísima columna hueca. Se aprovecha la propiedad física de (casi) todos los cuerpos, de aumentar o disminuir su volumen en función de la temperatura. La sustancia líquida es generalmente alcohol coloreado, y en los buenos termómetros, mercurio (Hg) el único metal líquido a temperatura ambiente. Un termómetro de laboratorio se calibra poniéndolo en hielo y marcando el nivel alcanzado por el mercurio. Luego se lo coloca en agua que hierve y también se marca el nivel mercurial. Entre estas dos marcas, se divide la columna en cien espacios: los grados centígrados de la escala Celsius. A la marca del hielo, se le asigna el valor cero, y a la otra, cien.

Tipos de termómetros: Existen diferentes tipos de termómetros dependiendo de la propiedad o variable termométrica escogida.

Termómetro de Gas a volumen constante: En este instrumento la variable que mide la temperatura es la presión de un gas que se mantiene a volumen constante.

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Pirómetro óptico: la temperatura del objeto (un horno por ejemplo) se obtiene comparando el color de la llama con el del filamento de una lámpara eléctrica.

Termómetro Metálico: En este caso se aprovecha la dilatación de dos varillas metálicas para medir la temperatura y la variable termométrica está relacionada con el cambio de longitud de las dos varillas. El calentamiento hace que la espiral se curve, moviendo la aguja que señala la temperatura.

Termómetro Clínico: debido al estrechamiento en la base del tubo capilar, la columna de Hg (Mercurio) no puede regresar al depósito. Por ello, este termómetro sigue indicando la temperatura de una persona, aunque ya no esté en contacto con ella.

Termómetro de Máxima y Mínima: este aparato indica, por medio de dos índices, las temperaturas máxima y mínima que se producen en cierto intervalo de tiempo.

Termómetro de Resistencia: En este termómetro se mide la temperatura de los

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