CALOR Y TEMPERATURA


Grupo Expositor: Mayra Bonilla, Maria Fernanda Hernandez, Aura Urbina, Landy Sanchez

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Calor Y Temperatura

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Calor y temperatura

El Calor :Es una de las diversas formas en que se manifiesta la energía en el universo. El calor es una forma de energía que tiene su origen en el movimiento de las moléculas de los cuerpos y que se desarrolla por el roce o choque entre las mismas, de tal manera que los fenómenos calóricos son causados por transformaciones de los distintos tipos de energía en energía calórica o por simple transmisión de esta.

El calor es la cantidad de energía que transfiere un cuerpo caliente a otro frío al ponerlos en contacto.

Un cuerpo posee cierta temperatura y, por tanto, cierta energía interna, pero no posee calor.

Los cuerpos pierden o ganan energía.

-Relación entre temperatura y calor:

La relación es que la temperatura mide la concentración de energía o de velocidad promedio de las partículas y el calor energía térmica en transito. Para una mejor explicación de esta relación lo mostraremos con un ejemplo: si ponemos un recipiente con agua representa la cantidad de calor que un cuerpo sede o absorbe en un instante dado, el nivel que esta alcanza representa su temperatura. Si la cantidad de agua, sube el nivel, esto es, si aumenta la cantidad de calor que posee el cuerpo, aumenta también su temperatura. Otro ejemplo se nota cuando encendemos un fósforo, se logra una alta temperatura pero bajo contenido calórico. Un a olla con 10 litros de agua tibia tiene baja temperatura y un gran contenido calórico

-COMO SE MIDE EL CALOR

Una vez definido el calor como energía que se transfiere de un cuerpo a otro, podemos medir dicha transferencia. Para ello debemos tener en cuenta varios factores.

Si vamos a calentar un cuerpo a una temperatura determinada, por ejemplo 45º C:

El primer factor a considerar es la temperatura a la que se encuentra el cuerpo, pues el tiempo empleado en calentarlo no es igual si está a 20º C que a 35 º C.

Q = c · m · (Tf – Ti)

donde Q es el calor transferido, c una constante que depende de la naturaleza de la sustancia (calor específico), m su masa, Tf la temperatura final alcanzada por el cuerpo yTi la temperatura inicial de este.

-UNIDADES DE CALOR

En las ciencias físicas, la cantidad de calor se expresa en las mismas unidades que la energía y el trabajo, es decir, en julios. Otra unidad es la caloría, definida como la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de 1 gramo de agua a 1 atmósfera de presión desde 15 hasta 16 °C. Esta unidad se denomina a veces caloría pequeña o caloría gramo para distinguirla de la caloría grande, o kilocaloría, que equivale a 1.000 calorías y se emplea en nutrición.

Para el applet establecemos:

1 julio = 0,24 calorías

1 caloría = 4,18 julios

TEMPERATURA

TEMPERATURA

Mide la concentración de energía y es aquella propiedad física que permite asegurar si dos o más sistemas están o no en equilibrio térmico (cuando dos cuerpos están a la misma temperatura), esto quiere decir que la temperatura es la magnitud física que mide lo caliente o frío que se encuentra un objeto. La temperatura se mide en unidades llamadas grados por medio de los termómetros, esto se refiere que para medir la temperatura utilizamos una de las magnitudes que sufre variaciones linealmente a medida que se altera la temperatura. Temperatura es el promedio de la energía cinética de las moléculas de un cuerpo.

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 infrarojos 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).

Escala Empírica de Temperaturas:

El principio anterior permite establecer la llamada “escala empírica de temperaturas”. Para establecerla se debe tener:

Un cuerpo Termométrico: es decir un cuerpo en que alguna propiedad varíe en forma contínua y medible con la temperatura.

Un punto de partida: un origen, facilmente reproducible, desde donde partirá nuestra escala (en buenas cuentas el cero).

Una unidad: es decir la magnitud que queremos asociar a un grado de temperatura.

Cuerpo Termométrico:

Para la escala empírica el cuerpo termométrico que se define es el termómetro a gas perfecto a volumen constante. Este termómetro se basa en medir la presión de un volumen fijo de un gas a medida que varía su temperatura.

Parece curioso emplear (de verdad) un termómetro basado en un gas ideal. Sin embargo existen una serie de buenas razones que sustentan esta elección. En particular:

Alto coeficiente de dilatación de los gases: un gas tiene un coeficiente de dilatación del orden de 1/273 por ºC de aumento de temperatura. Por lo tanto se pueden tener señales significativas para variaciones pequeñas de temperatura.

Comportamiento real de los gases: los gases reales de bajo peso molecular tienen un comportamiento muy similar a un gas perfecto para presiones no muy elevadas y un amplio rango de temperaturas.

La base física del termómetro de gas a volumen constante es que la presión es una función que crece linealmente con la temperatura.

Si bien desde el punto de vista teórico el termómetro de gas es el mejor, no es tan sencillo definirlo así en la práctica. Así que el patrón secundario que normalmente se emplea es el termómetro de resistencia de platino.

Punto de Partida:

Toda escala debe tener un punto de partida. A nivel mundial existen dos escalas empíricas de temperatura en amplio uso. Estas son la escala Centígrado y la escalaFahrenheit. La primera se usa en casi todo el mundo y la segunda principalmente en Estados Unidos.

Antes de la escala Centígrado existió la escala Celsius, que es prima hermana y difiere solo en el punto de partida.

La escala Centígrado usa el punto triple del agua como punto de partida. El punto triple del agua es la temperatura donde coexisten en equilibrio la fase sólida (hielo), líquida y gaseosa (vapor de agua). Este equivale a 273,16ºK de temperatura absoluta.

La escala Celsius usaba como punto de partida la temperatura de fusión del hielo a una atmósfera de presión. Esto equivale a 273,15ºK.

En el caso de la escala Fahrenheit, su punto de partida es diferente. Actualmente está referida a la escala Centígrado. Actualmente se define como 32ºF al punto de fusión del hielo a una atmósfera de presión. Antiguamente el 0ºF correspondía a la temperatura de fusión de una mezcla frigorífica. La idea original del Doctor Fahrenheit era tener un 0º que correspondiera a la temperatura más baja alcanzable.

Unidad de Medida:

En el caso de la escala Centígrado la unidad de medida corresponde a 1/100 entre el punto triple del agua y la temperatura de ebullición del agua a 1 atmósfera de presión.

Para la escala Fahrenheit su unidad de medida se define como 5/9 de 1ºC. Antiguamente el 100ºF correspondía a la temperatura media del cuerpo humano (reflejo de la formación médica de su creador). Así alguien tiene fiebre cuando está sobre 100ºF!

En lo recién visto se constata de que la escala Fahrenheit tiene puntos de referencia pocos precisos, a diferencia de la escala Centígrado. Esto hace que actualmente la escalaFahrenheit tenga su referencia real en la Centígrado.

Para pasar de grados Centígrado a grados Fahrenheit, usar la siguiente conversión:

ºF = 9/5·ºC + 32º

Para pasar de grados Fahrenheit a grados Centígrado, usar la siguiente conversión:

ºC = (ºF – 32º)·5/9

Escala Absoluta de Temperaturas:

La escala absoluta de temperaturas parte de la existencia del 0º absoluto. Veremos que la existencia de una escala absoluta de temperaturas es consecuencia del Segundo Principio de la Termodinámica. Por el momento basta recordar los siguientes puntos básicos:

Existen dos unidades básicas para medir temperatura en forma absoluta: el grado Kelvin [K]y el grado Rankine [R]. En magnitud 1ºK = 1ºC y 1ºR = 1ºF.

El 0ºK = -273,16ºC
Es la temperatura más baja posible.

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