Temperatura y dilatación

TEMA: TEMPERATURA Y DILATACIÓN

I  -  Preguntas de repaso:

1. ¿Qué es la temperatura?

La Temperatura es una magnitud que mide el nivel térmico o el calor que un cuerpo posee. Es una medida del calor o energía térmica de las partículas en una sustancia.

1. ¿Qué cambios se producen en las sustancias al variar la temperatura?

Al transferir energía mediante calor a una sustancia solida o liquida, aumenta su temperatura porque se incrementa la energía cinética de sus partículas. Cuando su energía cinética no puede aumentar más toda la energía absorbida se emplea en incrementar la energía potencial de las partículas, lo que debilita las fuerzas de atracción entre ellas y produce un cambio de estado.

1. ¿Qué es un termómetro? y ¿en que se basa su funcionamiento?

Un termómetro es un instrumento que mide la temperatura de un sistema en forma cuantitativa. El funcionamiento de un termómetro se basa en la dilatación volumétrica (función lineal dentro del entorno utilizable) en función de la temperatura, que experimenta el líquido en cuestión.

1. ¿Qué características debe tener un líquido para ser termométrico?

El líquido termométrico (líquido interno del termómetro) ideal, debería tener las siguientes características:

• Ser líquido en el intervalo nominal del termómetro.

• Tener un coeficiente de expansión lineal.

• Ser opaco o con color para su fácil lectura.

• Ser químicamente inerte con respecto a otros materiales en el sistema.

• No ser dañino por su manipulación.

• Tener un menisco bien definido para su lectura.

1. ¿Cuáles son las características de un termómetro clínico y uno de máxima y mínima?

• Termómetro de máxima y mínima: Un termómetro de máximas y mínimas es un termómetro usado en meteorología y horticultura que, además de la temperatura actual, muestra la temperatura más alta y más baja del día. El termómetro de máximas y mínimas consiste en un tubo de cristal en forma de U, de tal manera que una mano es un termómetro de mínima que registra la temperatura más baja del día y la otra mano es un termómetro de máxima que registra la temperatura más alta del día.

• Termómetro Clínico: Instrumento que sirve para medir la temperatura corporal que comprende Divisiones de décimas de grado entre 32°C a 42°C, normalmente se usa para tomar la temperatura Corporal de los enfermos. Se entiende por termómetro clínico, el instrumento construido por un tubo Capilar denominado vástago, cerrado en uno de sus extremos y comunicado el otro con el depósito De mercurio llamado bulbo, ambos de vidrio.

1. ¿Cómo se realizaron las distintas escalas?

Escala de Celsius: Esta escala fue creada por Anders Celsius en el año 1742, construyo un termómetro basándose en la propiedad de dilatación del mercurio con la temperatura y fijo como puntos extremos el 0 para la fusión del hielo y el 100 para la ebullición del agua a nivel del mar. La ecuación de esta en relación a °F es °C=5/9(°F-32)

Escala de Fahrenheit: Esta escala fue propuesta por Gabriel Fahrenhit en el año 1724 el encontró un estado térmico más frío que la solidificación del agua consistió en una mezcla de sal (cloruro de amonio) con agua y ese punto coloco el 0 (cero). Al hervir esta mezcla también alcanza un valor superior a los 100 ° C. Al establecer la correspondencia entre ambas escalas, se obtiene la ecuación siguiente: °F= 9/5°C+32

Escala Kelvin: Lord Kelvin estudiando la relación entre volumen y temperatura para un gas cualquiera propone que el cero absoluto o sea el valor más bajo en °C que se lo podía lograr seria la “desaparición” de un gas al enfriarse, sabemos que esto no es posible; el menor volumen al que podía llegar un gas al enfriarse y  sus moléculas se encuentran en estado de reposo. Tiene la siguiente ecuación: T °K= °C + 273

1. ¿Qué relación hay entre las distintas escalas termométricas?

La temperatura es una magnitud fundamental en física. La escala Celsius, la más utilizada, es centígrada: 100 divisiones separan el punto de congelación del punto de ebullición del agua. En la escala Fahrenheit de los anglosajones, estos dos puntos están separados por 180 grados. La escala de Kelvin es una escala absoluta utilizada en ciencias.

Ya que la misma longitud, dilatación entre los puntos fijos, se divide en diferentes clases de divisiones, es natural que esas divisiones no siendo iguales deben tener entre sí una relación matemática sencilla. En efecto, la misma longitud, comprende:

• 100 grados de Celsius
• 80 grados de Reaumur
• 180 grados de Fahrenheit
• 100 grados Kelvin
• 180 grados Rankine

Se desprende la siguiente proporción: 100º C = 80º R = 180ºF = 100ºK = 180º RA.

O lo que es lo mismo: 5ºC = 4º R = 9ºF = 5ºK = 9ºRA.

1. ¿Cuáles son las causas por las que un sólido se dilata? ¿qué tipo de dilatación hay?

La dilatación de los sólidos con el aumento de la temperatura ocurre porque aumenta la energía térmica y esto hace que aumente las vibraciones de los átomos y moléculas que forman el cuerpo, haciendo que pase a posiciones de equilibrio más alejadas que las originales. Este alejamiento mayor de los átomos y de las moléculas del sólido produce su dilatación en todas las direcciones.

Clasificación:

• Volumétrica: alude al aumento del volumen de un cuerpo producto de un aumento de temperatura interno. Es una característica necesaria que el objeto tenga una forma geométrica sólida y, como es de suponer, volumen. Debe tenerse en cuenta para esta, el coeficiente correspondiente en este caso (de dilatación volumétrica) y el volumen inicial del cuerpo.

• Superficial: está íntimamente relacionado con la dilatación lineal, un objeto aumenta su tamaño tanto a lo largo como a lo ancho, pero en este caso debe cumplirse la condición fundamental de que el elemento a ser transformado debe ser una superficie plana. Este tipo va a depender principalmente del área inicial que el cuerpo involucre; y estará interrelacionado con el coeficiente de dilatación superficial.

• Lineal: durante este proceso el cuerpo afectado aumenta su tamaño en un sólo sentido, ya sea a lo largo o a lo ancho. No existe ninguna condición especifica necesaria para que la dilatación se clasifique dentro de este tipo, y a su vez, puede ser lineal y de otro tipo nombrado en este artículo. El coeficiente utilizado es llamado: coeficiente de dilatación lineal; y el factor determinante va a ser la longitud inicial del elemento.

• Del agua: esta constituye la excepción al funcionamiento normal de la dilatación de los líquidos (que se contraen disminuyendo su tamaño al dilatarse); cuando el agua elabora este proceso a más de cuatro grados centígrados, aumenta su tamaño y se solidifica. Es así como se da los fenómenos de congelamiento.

1. ¿Por qué se curva una tira bimetálica cuando se calienta (o se enfría)?

La dilatación de cuerpos se le denomina al aumento de dimensiones de un cuerpo cuando este absorbe el calor. No todos los metales tiene la misma dilatación, para calcular la dilatación lineal utilizamos la siguiente formula: Lf=Li[1+O(tf-ti)] donde:

• Lf= longitud final
• Li=longitud inicial
• O= coeficiente de dilatacion lineal [1/C°]
• tf=temperatura final
• ti= temperatura inicial

1. ¿Qué se expande más cuando aumenta la temperatura: los sólidos, los líquidos o los gases?

Es el gas ya que sus moléculas se encuentran dispersas y tienden a ir hacia arriba siempre. Al calentarlo sus moléculas se expanden chocando unas con otras generando una combustión cuando se encuentra en un lugar cerrado (por eso explota), además de ser un elemento de transición es muy volátil y sus partículas nunca están unidas unas con otras, sus moléculas que están en constante movimiento se hacen más chicas o más grandes dependiendo de si aplicas frío o calor mientras que en el sólido y el líquido no lo hacen con tanta rapidez pues el gas tiene una dilatación inmediata.

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