Calor Y Temperatura

1.1 Escalas de temperatura

En la actualidad se emplean diferentes escalas de temperatura; entre ellas están la escala Celsius, también conocida como escala centígrada, la escala Fahrenheit, la escala Kelvin, la escala Rankin o la escala termodinámica internacional. En la escala Celsius, el punto de congelación del agua equivale a 0 °C, y su punto de ebullición a 100 °C. Esta escala se utiliza en todo el mundo, en particular en el trabajo científico. La escala Fahrenheit se emplea en los países anglosajones para medidas no científicas y en ella el punto de congelación del agua se define como 32 °F y su punto de ebullición como 212 °F. En la escala Kelvin, la escala termodinámica de temperaturas más empleada, el cero se define como el cero absoluto de temperatura, es decir, -273,15 °C. La magnitud de su unidad, llamada kelvin y simbolizada por K, se define como igual a un grado Celsius. Otra escala que emplea el cero absoluto como punto más bajo es la escala Rankine, en la que cada grado de temperatura equivale a un grado en la escala Fahrenheit. En la escala Rankine, el punto de congelación del agua equivale a 492 °R, y su punto de ebullición a 672 °R.

Es necesario establecer una escala que permita clasificar las temperaturas por orden creciente. Para ello basta encontrar un fenómeno físico que sea una función constantemente creciente o decreciente en un rango de temperaturas utilizables. Fenómenos físicos:

• Dilatación y contracción: de sólidos, líquidos o gases. Con ello se han construido desde los clásicos termómetros de columna líquida, hasta los termómetros bimetálicos.

• Variación de Resistencia Eléctrica: la variación de resistencia eléctrica con la temperatura se usa en termómetros en base a termistores y termómetros de resistencia eléctrica (resistencia de Platino, PT100).

• Potencial termoeléctrico: si la unión de dos metales diferentes se somete a un gradiente de temperatura, se genera una fuerza electromotriz (fem). Este es el llamado efecto Seebeck y es la base en que se sustentan las termocuplas.

• Radiación electromagnética: tanto los pirómetros infrarrojos como los pirómetros ópticos se basan en los fenómenos de radiación para medir temperatura. Ambos tienen la ventaja de que pueden medir a distancia. Los primeros se utilizan para temperaturas muy bajas y los segundos para altas temperaturas (hornos, metales en fusión).

1.2 Cambios Provocados por el Calor

La temperatura y el calor están muy ligados, pero no son lo mismo.

La temperatura de una sustancia es una medida de la energía cinética media de sus moléculas. El calor de una sustancia es la suma de la energía cinética de todas las moléculas.

El calor es un tipo de energía que puede ser generado por reacciones químicas (como en la combustión), reacciones nucleares (como en la fusión nuclear de los átomos de hidrógenos que tienen lugar en el interior del sol), disipación electromagnética o por disipación mecánica (fricción).

También se define como fenómeno físico que eleva la temperatura.

El tema calor constituye la rama de la física que se ocupa de los movimientos de las moléculas. Ya sean de un gas, un líquido o un solidó. Al aplicar calor a un cuerpo, este aumenta su energía. Pero existe una diferencia sustancial entre la energía térmica que posee un cuerpo y su temperatura.

El calor no lo podemos ver solo podemos notar sus efectos, notamos que el calor provoca cambios de temperatura y hace variar el tamaño de los objetos. Con el calor los cuerpos se dilatan o cambian su estado físico. El calor provoca que los sólidos pasen a líquido y que los líquidos se transformen en gases.

El calor no es algo material ya que si así fuera, un cuerpo al calentarse ganaría peso.

El calor es una forma de energía que hace aumentar la temperatura. El calor se puede medir en joules (julios), (J). Que es la unidad de energía en el sistema internacional o en calorías (cal). Una caloría equivale a 4.16 joules y se define como la cantidad de calor necesaria para que un gramo de agua aumente su temperatura en °C (con mas precisión para que su temperatura pase de los 14.5 °C a los 15.5 °C) como una caloría es una medida muy pequeña se suele utilizar la unidad de medida como (Kcal) kilocaloría, que equivale a 100 calorías. La mayoría de las tablas de calorías que encontramos habitualmente se retienen estas calorías grandes o Kcal por lo tanto de acuerdo a todo lo anterior, podemos decir que los cambios provocados por el calor se pueden resumir de la manera siguiente:

-El calor dilata los cuerpos.

-El calor hace variar la temperatura.

-El calor modifica los estados de la materia

Equilibrio Térmico

Mediante el tacto podemos distinguir de entre dos cuerpos cual es el más caliente y cual es el más frió. Es decir, podemos reconocer cual tiene temperatura mas elevada la temperatura de un cuerpo es una propiedad que se relaciona con el hecho que un cuerpo este mas frió o mas caliente. Supongamos que tuviésemos dos cuerpos de distinta temperatura uno en contacto con el otro y lejos de influencias externas. Se podría comprobar que el cuerpo mas caliente se ira enfriando, mientras que el mas frió se ira calentando. Después de cierto tiempo se notaria que los cuerpos alcanzan una misma temperatura de los cuerpo no sufrirá mas alteraciones, es decir llegara a una situación final denominada estado de equilibrio térmico. Por lo tanto, podemos decir que dos o mas cuerpos en contacto y asilados por fuerzas externas tienden a une estado final denominado estado de equilibrio térmico, que se caracteriza por la uniformidad en la temperatura de los cuerpos.

1.3 Dilatación

Se denomina dilatación al cambio de longitud, volumen o alguna otra dimensión métrica que sufre un cuerpo físico debido al cambio de temperatura que se provoca en ella por cualquier medio. Los diferentes materiales aumentan más o menos de tamaño. Los sólidos líquidos y gases se comportan de modo distinto entre si. La dilatación y la contracción ocurre en tres dimensiones: largo, ancho y alto.

La dilatación de los sólidos con el aumento de la temperatura ocurre porque aumentan las vibraciones de los átomos y las moléculas que forman el cuerpo, haciendo que pase a posiciones de equilibrio mas alejadas que las originales. Este alejamiento mayor de los átomos y de las moléculas del solidó produce su dilatación en todas las direcciones.

Dilatación Lineal

Es aquella en la que predomina la variación en una dimensión de un cuerpo. Es decir: el largo, Como por ejemplo Varillas o Barras.

El coeficiente de dilatación lineal es el alargamiento que experimenta la unidad de longitud de un solidó. Medido

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