Tempeartura Y Calor

Ley Cero de la Termodinámica

Establece que dos cuerpos aislados en equilibrio térmico con un tercero están en equilibrio térmico entre sí.

Se dice que dos cuerpos están en equilibrio térmico cuando tienen la misma temperatura.

Escalas Termométricas

Las primeras escalas termométricas se apoyaron en la medición de la longitud de la columna del líquido.

*Punto fijo inferior.- punto de fusión del hielo, es la temperatura a la cual coexisten agua y hielo en equilibrio térmico a una presión de 1 atm.

*Punto fijo superior.-punto de ebullición del agua, es la temperatura en la que coexisten agua y vapor de agua en equilibrio térmico a una presión de 1 atm.

Las escalas más reconocidas están la Farenheit, Celsius y Kelvin.

La escala Celsius (antes centígrada) se emplea en todo el mundo y asigna arbitrariamente el número cero al punto bajo inferior (fusión del hielo) y el número 100 al punto fijo superior, el intervalo entre ambos puntos se divide entre 100 intervalos iguales (grados Celsius).

La escala Fahrenheit se emplea principalmente

CALOR

Calor (Q).- Es la transferencia de energía de un cuerpo a otro debido a una diferencia de temperaturas.

Cuando dos cuerpos con diferentes temperaturas se ponen en contacto se produce una transferencia de energía; el cuerpo con mayor temperatura cede calor al cuerpo con menor temperatura, hasta igualar ambas temperaturas, se dice que están en equilibrio térmico.

El concepto de calor es similar a trabajo ya que es un medio para la transferencia de energía.

DILATACIÓN LINEAL.-

El incremento de una de las dimensiones de un sólido.

Ocurre a lo largo de una línea recta.

∆L=L-L_o

T>T_o

T>T_o

∆L=∝L_(o ) ∆T

Sustituyendo ∆L y ∆T por sus valores

L-L_o=∝L_(o ) (T-T_o )

Longitud Final

L=L_(o )+ ∝L_(o ) (T-T_o )

L=L_(o ) (1+ ∝L_(o ) ∆)

Donde:

L Longitud final (m)

L_(o ) Longitud inicial (m)

∝ Coeficiente de dilatación lineal (ºC-1)

T Temperatura final (ºC)

T_o Temperatura inicial (ºC)

Material ∝ (ºC-1)

Hielo 5.2×〖10〗^(-5)

Plomo 3.0×〖10〗^(-5)

Cinc 2.6×〖10〗^(-5)

Aluminio 2.4×〖10〗^(-5)

Plata 2.0×〖10〗^(-5)

Bronce 1.9×〖10〗^(-5)

Latón 1.8×〖10〗^(-5)

Cobre 1.7×〖10〗^(-5)

Oro 1.4×〖10〗^(-5)

Níquel 1.2×〖10〗^(-5)

Hierro 1.2×〖10〗^(-5)

Acero 1.2×〖10〗^(-5)

Concreto 1.2×〖10〗^(-5)

Vidrio de ventana 0.9×〖10〗^(-5)

Tungsteno 0.4×〖10〗^(-5)

Vidrio Refractario 0.3×〖10〗^(-5)

Silicio 0.04×〖10〗^(-5)

Diamante 0.09×〖10〗^(-5)

Ejemplo:

*Una varilla graduada de aluminio mide exactamente un metro de largo a 20 ºC, ¿Cuánto medirá si su temperatura desciende a 0 ºC?

*Una varilla de aluminio mide 13 cm a 20 ºC, ¿Cuál será su longitud si se calienta hasta alcanzar 80 ºC?

*En una industria se utilizará un metal para fabricar unas tuberías; se supone que originalmente mide 300 m y se sabe que su longitud final no puede sobrepasar los 300.3 m, al someterse a calentamiento. La temperatura ambiente, por lo general es de 20 ºC y el líquido que transportará la tubería no excederá los 100 ºC, ¿Cuál es el material adecuado?

DILATACIÓN SUPERFICIAL.-

Cuando un cuerpo se calienta dos de sus dimensiones se dilatan.

La dilatación de área se simboliza con γ que está relacionado con el coeficiente de dilatación lineal:

γ=2∝

A=A_o (1+2∝ ∆T)

A=A_o (1+γ ∆T)

Donde:

A Área final (m2)

A_o Área inicial (m2)

γ Coeficiente de dilatación superficial (ºC-1)

∆T Cambio de temperatura (T-To) (ºC)

Ejemplo:

*Una placa cuadrada de concreto tiene un área de 4 m2 a 15 ºC ¿Cuál será su área a 30 ºC?

*Se quiere cubrir un tramo de calle con lozas de concreto de 20 m por lado, ¿Qué espacio debe considerarse entre ellas para que cuando se dilatan no se formen borden por la deformación, si serán colocadas a 15 ºC y se calcula que la temperatura máxima a la que podrían estar sometidas será de 70 ºC?

DILATACIÓN VOLUMÉTRICA.-

La mayoría de los cuerpos aumentan su volumen al incrementarse su temperatura y al disminuir está también disminuye su volumen.

Es más notorio en líquidos y gases.

La dilatación volumétrica se simboliza con la letra β y está relacionado con el coeficiente de dilatación lineal.

β=3∝

∆V=β V_o ∆T

V=V_o (1+β ∆T)

Donde:

V Volumen final (m3)

V_o Volumen inicial (m3)

β Coeficiente de dilatación volumétrica (ºC-1)

∆T Cambio de temperatura (T-To) (ºC)

En los gases el coeficiente tiene el mismo valor como constante de 1/273 ºC-1

Material β (ºC-1)

Aluminio 6.9×〖10〗^(-5)

Cobre 5.1×〖10〗^(-5)

Vidrio Pyrex 9.9×〖10〗^(-6)

Hierro 3.6×〖10〗^(-5)

Benceno 124×〖10〗^(-5)

Alcohol Etílico 1.12×〖10〗^(-3)

Mercurio 18.6×〖10〗^(-5)

Gasolina 0.95×〖10〗^(-3)

Agua 20.7×〖10〗^(-5)

Aguarras 9.0×〖10〗^(-4)

Petróleo 8.9×〖10〗^(-4)

Glicerina 5.1×〖10〗^(-4)

Acetona 1.5×〖10〗^(-4)

Ejemplo:

*Un recipiente de vidrio de 2 L se llena hasta el borde con agua a la temperatura ambiente de 20 ºC. La temperatura del recipiente y el agua se eleva a 70 ºC, ¿El agua se derramará del frasco o el nivel bajara? ¿Qué tanto? Considera que β para el agua es 52.5×〖10〗^(-5) ºC-1 y para el vidrio 2.7×〖10〗^(-5) ºC-1

DILATACIÓN IRREGULAR DEL AGUA.-

El agua tiene comportamiento diferente, a una temperatura mayor de 4 ºC, se dilata al aumentar la temperatura, al bajar de 4 a 0 ºC el agua se dilata en vez de contraerse.

Por esto la densidad tiene un máximo de 4 ºC donde su valor es de 1000 Kg/m3.

CALOR

Transferencia de energía de un cuerpo a otro debido a una diferencia de temperatura.

La energía que fluye del cuerpo de mayor a menor temperatura recibe el nombre de Calor o Energía Calorífica.

El que gana energía, absorbe calor y su signo es positivo.

El que

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