Temperatura y Calor
Temperatura y Calor
Temperatura y Calor
y calor
Mecánicas
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Temperatura y calor.
Gases
Los términos calor y temperatura son utilizados en la vida cotidiana
como sinónimos. Sin embargo, esto no es correcto. Esto ocurre
debido a que están relacionados, ya que la temperatura puede
determinarse por la cantidad de calor acumulado, en tanto el calor
es un fenómeno físico que eleva la temperatura y dilata un cuerpo.
Se utiliza para medir desde -27 °C hasta 1477 °C. El mayor uso se da en
industrias, como un instrumento normativo para la graduación de otros
termómetros.
Figura 3
Figura 4
Hay muchos más, pero en ésta materia no hará falta el desarrollo de los
mismos.
Existen tres escalas diferentes para indicar un valor de temperaturas. Ellas son:
Celsius.
Kelvin.
Fahrenheit.
𝑲 = ℃ + 𝟐𝟕𝟑 𝑲
Y, en la escala Fahrenheit, se lo representa con la letra F y se determina con la
ecuación:
𝟗
𝑻℉ = 𝑻℃ + 𝟑𝟐℉
𝟓
Para que quede más claro, realizaremos un ejercicio de ejemplo.
Ejercicio
Solución
K= 273°K
K= 310 °K
Equilibrio térmico y Ley Cero de la Termodinámica
Seguramente alguna vez se han preguntado cómo funciona un termómetro. Si
necesitamos saber la temperatura corporal, colocamos el termómetro; si
queremos determinar la temperatura del interior de una heladera, clocamos un
termómetro, y así con otros sistemas.
¿Para qué necesitamos saber esto? Para poder hablar de la ley cero de la
termodinámica:
Figura 5
Dilatación lineal
∆𝑳 = 𝜶𝑳
𝑳 = 𝑳𝑶 + ∆𝑳 = 𝑳𝑶 + 𝜶𝑳𝑶 ∆𝑻 = 𝑳𝑶 (𝟏 + 𝜶 ∆𝑻)
En conclusión:
𝑳 = 𝑳𝒐 (𝟏+ ∝ ∆𝑻)
Los valores del coeficiente α están determinados para cada material y se los
encuentra en tablas:
Figura 7
Dilatación de volumen
Así como una sustancia cambia con la temperatura, como en el caso de las
dilataciones lineales, el volumen del objeto también se verá modificado. Por lo
tanto, el cambio de volumen de un sólido a presión constante es proporcional
al cambio de temperatura. Para calcularlo, debemos aplicar el coeficiente
promedio de dilatación volumétrica β. Se considera, para un sólido, que el
coeficiente de dilatación será de tres veces, aproximadamente, el valor del
coeficiente de dilatación lineal.
Sería así: β = 3α
∆𝑽 = 𝜷𝑽 ∆𝑻
∆𝑽 = 𝟑𝜶𝑽 ∆𝑻
Figura 8
∆𝑨 = 𝟐𝜶𝑨 ∆𝑻
𝚫𝑳
( ) = 𝜶 𝜟𝑻
𝑳𝒐
Muchas veces nos ha pasado que le colocamos agua caliente a una taza y ésta
se rompió; también puede haber ocurrido que, al colocar un cubito de hielo en
agua tibia, éste se ha roto. Esto se puede explicar porque seguramente hay una
diferencia de temperatura dentro y fuera del cuerpo, lo que produce
contracción o expansión no uniforme; se produce un esfuerzo térmico tan
grande que el material no lo tolera y termina rompiéndose.
Hay materiales resistentes al calor como los tan conocidos vidrios Pyrex; esto se
debe a que tienen coeficientes de expansión bajos y resistencias muy altas.
Ejercicio
Solución
= -1.7 x 104 N
Calor
Llamamos calor (Q) a la transferencia de energía entre un cuerpo y otro. Un
término muy común, con un significado muy sencillo. Sin embargo, también es
común confundirlo con temperatura. Para poder definirlo por un valor, hay que
establecer primero una unidad que indique que se trata de un valor de calor.
Así es como surge la caloría (cal), que fue definida como la cantidad de calor
necesaria para elevar la temperatura de 1 g de agua de 14 °C a 15 °C.
Sin embargo, en la actualidad se reconoce al calor como una forma de energía,
por lo que se utilizará como unidad el Joule (J). James Prescott Joule, físico
inglés, fue el responsable de descubrir la unidad que lleva su nombre; también
fue el que estableció la ley de la conservación de la energía y la equivalencia del
calor con otras formas de energía.
𝑸 = 𝑪´ ∆𝑻
Q= calor
M= masa de la sustancia
∆𝑇 = variación de la temperatura.
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