Unidad V

Temperatura y calor

TérmicoTérmico DíceseDícese dede lala temperaturatemperatura.. QueQue mantienemantiene lala

temperaturatemperatura dede unauna cosacosa..

LaLa temperaturatemperatura eses unauna magnitudmagnitud referidareferida aa laslas

nocionesnociones comunescomunes dede caliente,caliente, tibio,tibio, fríofrío queque

puedepuede serser medida,medida, especificamenteespecificamente,, concon unun

termómetrotermómetro..

EnEn física,física, sese definedefine comocomo unauna magnitudmagnitud escalarescalar

relacionadarelacionada concon lala energíaenergía internainterna dede unun sistemasistema

termodinámico,termodinámico, definidadefinida porpor elel principioprincipio cerocero dede lala

termodinámicatermodinámica.. MásMás específicamente,específicamente, estáestá

relacionadarelacionada directamentedirectamente concon lala parteparte dede lala

energíaenergía internainterna conocidaconocida comocomo "energía"energía cinética"cinética",,

queque eses lala energíaenergía asociadaasociada aa loslos movimientosmovimientos dede laslas

partículaspartículas deldel sistema,sistema, seasea enen unun sentidosentido

traslacionaltraslacional,, rotacional,rotacional, oo enen formaforma dede vibracionesvibraciones..

AA medidamedida dede queque seasea mayormayor lala energíaenergía cinéticacinética dede

unun sistema,sistema, sese observaobserva queque ésteéste sese encuentraencuentra másmás

"caliente""caliente";; eses decir,decir, queque susu temperaturatemperatura eses mayormayor..

GradoGrado CelsiusCelsius ((°°C)C)..

ParaPara establecerestablecer unauna basebase dede medidamedida dede lala temperaturatemperatura

AndersAnders CelsiusCelsius utilizóutilizó (en(en 17421742)) loslos puntospuntos dede fusiónfusión yy

ebulliciónebullición deldel aguaagua..

SeSe consideraconsidera queque unauna mezclamezcla dede hielohielo yy aguaagua queque sese

encuentraencuentra enen equilibrioequilibrio concon aireaire saturadosaturado aa 11 atmatm estáestá

enen elel puntopunto dede fusiónfusión..

GradoGrado CelsiusCelsius ((°°C)C)..

UnaUna mezclamezcla dede aguaagua yy vaporvapor dede aguaagua (sin(sin aire)aire) enen

equilibrioequilibrio aa 11 atmatm dede presiónpresión sese consideraconsidera queque estáestá enen

elel puntopunto dede ebulliciónebullición..

CelsiusCelsius dividiódividió elel intervalointervalo dede temperaturatemperatura queque existeexiste

entreentre éstoséstos dosdos puntospuntos enen 100100 partespartes igualesiguales aa laslas queque

llamóllamó gradosgrados centígradoscentígrados °°CC.. SinSin embargo,embargo, enen 19481948

fueronfueron renombradosrenombrados gradosgrados CelsiusCelsius enen susu honorhonor;; asíasí

mismomismo sese comenzócomenzó aa utilizarutilizar lala letraletra mayúsculamayúscula parapara

denominarlosdenominarlos..

GradoGrado FahrenheitFahrenheit ((°°F)F)..

TomaToma divisionesdivisiones entreentre elel puntopunto dede congelacióncongelación dede unauna

disolucióndisolución dede clorurocloruro amónicoamónico (a(a lala queque lele asignaasigna valorvalor

cero)cero) yy lala temperaturatemperatura normalnormal corporalcorporal humanahumana (a(a lala

queque lele asignaasigna valorvalor 100100))..

EsEs unauna unidadunidad típicamentetípicamente usadausada enen loslos EstadosEstados

UnidosUnidos;; erróneamente,erróneamente, sese asociaasocia tambiéntambién aa otrosotros

paísespaíses anglosajonesanglosajones comocomo elel ReinoReino UnidoUnido oo Irlanda,Irlanda,

queque usanusan lala escalaescala CelsiusCelsius..

KelvinKelvin (K)(K)

ElEl KelvinKelvin eses lala unidadunidad dede medidamedida deldel SISI..

LaLa escalaescala KelvinKelvin absolutaabsoluta eses parteparte deldel cerocero absolutoabsoluto yy

definedefine lala magnitudmagnitud dede sussus unidades,unidades, dede taltal formaforma queque

elel puntopunto tripletriple deldel aguaagua eses exactamenteexactamente aa 273273,,1616 KK..33

La fórmula de conversión entre

la escala Celsius y la Kelvin:

tc = tK – 273.15

La fórmula de conversión entre

Kelvin y Fahrenheit:

67.45959 KF tt

0°C

100°C

50°C

273.15K

373.15K

323.15K

32°F

212°F

122°F

SeSe denominadenomina dilatacióndilatación térmicatérmica alal aumentoaumentodede longitud,longitud, volumenvolumen oo algunaalguna otraotradimensióndimensión métricamétrica queque sufresufre unun cuerpocuerpofísicofísico debidodebido alal aumentoaumento dede temperaturatemperaturaqueque sese provocaprovoca enen élél porpor cualquiercualquier mediomedio..

CasiCasi todostodos loslos sólidossólidos sese dilatandilatan cuandocuando sesecalientan,calientan, ee inversamenteinversamente sese encogenencogen alalenfriarseenfriarse..

EstaEsta dilatacióndilatación oo contraccióncontracción eses pequeña,pequeña,peropero sussus consecuenciasconsecuencias sonson importantesimportantes..

UnUn elevadorelevador usausa unauna cintacinta metálicametálica dede aceroaceroqueque tienetiene exactamenteexactamente 5000050000 mm dede longitudlongitud aa2020ºCºC ¿Qué¿Qué longitudlongitud tienetiene enen unun díadía dede veranoveranocalurosocaluroso enen queque lala temperaturatemperatura eses dede 3535ºC?ºC? SoluciónSolución

SeSe tratatrata dede unun problemaproblema dede expansiónexpansión lineallineal dondedonde:: lalaincógnitaincógnita eses lala nuevanueva longitudlongitud LL == ∆L∆L ++ LLoo yy conocemosconocemosLLoo== 5000050000m,m, TToo== 2020ºC,ºC, TTff== 3535ºCºC yy elel coeficientecoeficiente dedeexpansiónexpansión lineallineal parapara elel aceroacero α=α=11..22 xx 1010--55 KK--11,, luegoluego ∆L∆L == αα ∆T∆T LLoo

∆L∆L == 11..22 xx 1010--55 KK--11 ((3535ºCºC-- 2020ºC)(ºC)(5000050000m)m) ∆L∆L == 99mm LuegoLuego L=∆LL=∆L ++ LLoo

L=L= 99mm ++5000050000mm LL == 5000950009mm..

AA unauna temperaturatemperatura dede 1515°°CC unauna varillavarilladehierrodehierro tienetiene unauna longitudlongitud dede 55metrosmetros.. ¿cuál¿cuál seráserá suhierrosuhierro tienetiene unaunalongitudlongitud dede 55 metrosmetros.. ¿cuál¿cuál seráserásulongitudsulongitud alal aumentaraumentar lala temperaturatemperatura aa2525 °°C?C?

¿Cuál¿Cuál eses lala longitudlongitud dede unun cablecable dedecobrecobre alal disminuirdisminuir latemperaturalatemperatura aa 1414°°C,C, sisi concon unauna temperaturatemperatura dede 4242 °°CCtemperaturatemperatura aa 1414 °°C,C, sisi concon unaunatemperaturatemperatura dede 4242 °°CC midemide 416416metros?midemetros?mide 416416 metros?metros?

UnaUna barrabarra dede aluminioaluminio dede 00..0101 mm33 aa 1616°°

C,C, seasea 1616°°C,C, sese calientacalienta aa 4444 °°CC..

CalcularCalcular::

a)¿Cuála)¿Cuál seráserá elel volumenfinalvolumenfinal??

b)¿Cuálb)¿Cuál fuefue susu dilatacióndilatación cúbicacúbica final?final?

c)¿Cuálc)¿Cuál fuefue susu dilatacióndilatación cúbica?cúbica?

UnaUna esferaesfera huecahueca dede aceroacero aa 2424°°CC tienetiene unun

volumenvolumen dede 00..22 mm33.. CalcularCalcular

a)¿Quéa)¿Qué volumenvolumen finalfinal tendrátendrá aa -- 44°° CC enen mm33..