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En esta guía encontraras la teoría que involucra al CALOR Y TEMPERATURA, para preparar elexamen final de física, los objetivos a evaluar son los ya mencionados .En esta guía encontrarasconceptos, ejercicios resueltos y otros para que tú los resuelvas, puedes usar tú calculadoracuando sea necesario, en los horarios de atención revisaremos y clarificaremos tus preguntas, esimportante que traigas el desarrollo que tú haz realizado de estos ejercicios y escritas todas tus

preguntas, para poder avanzar.Te puedes apoyar en tu cuaderno, el texto escolar y en las siguientes paginas de referencias:http://www.textoscientificos.com/fisica/escalastermometricas

es.wikipedia.org/wiki/Temperaturahttp://www.fisicanet.com.ar/fisica/termoestatica/ap05_dilatacion.phpwww.kalipedia.com/fisica-

quimica/.../

 

dilatacion-anomala-agua.html

1

SUBSECTOR DE APRENDIZAJE: FísicaNOMBRE GUIA Y/O MÓDULO DE APRENDIZAJE N° 3: Calor yTemperaturaNIVEL: 2º medioPROFESOR(A)/ES: Ma. Alejandra Palma FOBJETIVOS GUIA Y/O MODULO DE APRENDIZAJE:* Conocer el concepto de temperatura, sus unidades de medidas (ºF, K),saber transformarlos al SI (ºC)* Conocer los conceptos de dilatación y contracción térmica, y calcularespecíficamente la dilatación lineal trabajando en un solo sistema*Conocer la existencia de la dilatación anómala del agua, como situaciónparticular*Fundamentar el calor como forma de energía y la definición del calorespecífico. Calcular el calor entregado o cedido por un cuerpo, teniendo

Colegio Alberto Blest Gana“Jóvenes emprendedores para el siglo XXI”Coordinación Académica

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Los conceptos de temperatura y calor siempre están presentes en nuestra vida; por ejemplo sabesque tienes fiebre porque la temperatura supera cierto valor, y sabes cómo medirla, pero ¿qué es latemperatura? En un día de verano, generalmente dices que tienes mucho calor, o que al realizardeportes sientes calor, pero ¿qué es el calor? En este modulo, aprenderás qué es cada uno deestos conceptos y de qué manera están relacionados.

Temperatura:

La temperatura depende de distintos factores. La temperatura nos indica cuán frío o caliente seencuentra un cuerpo, y por lotanto, si un cuerpo está más frío que otro decimos que el primero se encuentra a menortemperatura. Sin embargo, los conceptos de frío y caliente muchas veces son subjetivos, ya quehay factores externos que pueden hacernos cambiar esta apreciación; por lo tanto, debemosconocer qué es realmente la temperatura como cantidad física, esto es, a qué se debe que uncuerpo se sienta más caliente que otro.Lo que tú sientes al tocar un cuerpo es la vibración o agitación de las partículas que lo forman. Amayor temperatura, hay mayor agitación de las partículas. Por ejemplo, si frotas tus manos,sentirás que la temperatura de estas aumenta, sientes que se calientan; por lo tanto, latemperatura tiene que ver con el estado de agitación. Toda la materia está formada por átomos,

los cuales, a su vez, forman moléculas. En los distintos estados de la materia, vemos distintasdistribuciones y distancias entre estas moléculas. Pero todas estas partículas no se encuentran enun estado de reposo, sino que se encuentran vibrando con respecto a un punto de equilibrio.

Entenderemos Energía cinética la que poseen todos los cuerpos cuando se mueven, ejemplocuando tu caminas despacio tu energía cinética es poca, cuando aumentas tu velocidad al correr,aumentas tu energía cinética. En este caso los cuerpos a mayor temperatura, hay mayor agitación(movimiento) de las partículas y por lo tanto mayor energía cinética. De aquí se desprende queen un cuerpo frío no hay o es casi nula la agitación de las partículas, es decir un cuerpo frío noposee energía cinética.

El instrumento para medir la temperatura no sirve el tacto, ya que tenemos una percepciónsubjetiva de ella que se denomina sensación térmica. Para poder hablar de una medición detemperatura, se debe contar con un instrumento diseñado y calibrado para este fin: lostermómetros.

2

Cuando entregas energía a un cuerpo,por ejemplo, cuando lo pones al Sol,esta energía se acumula en el cuerpoen forma de energía cinética, es decir,aumenta el estado de movimiento delas partículas.Es necesario tener claro que latemperatura es una medida decomparación entre los distintos estadosde agitación de las partículas, esto es,

si la temperatura de un objeto A esmayor que la temperatura de un objetoB es porque las partículas que formanel cuerpo A tienen en promedio, mayora itación ue las del cuer o B. 

 

Existen termómetros de distintos tipos, los másconocidos son los siguientes:a. Termómetro de vidrio: es un tubo de vidriosellado que contieneun líquido en su interior, comúnmente mercurio oalcohol. El mercurio(o alcohol) se expande o contrae al aumentar odisminuir su temperatura. Al estar graduado, eltermómetro indica la temperaturacorrespondiente.

b. Termómetro bimetálico: está formado por dosmetales con distinto coeficiente de dilatación. Alaumentar la temperatura, la tira metálica varía delongitud, curvándose, lo que permite medir latemperatura.c. Termómetro a gas: también utiliza la dilatacióntérmica. Son termómetros que aplican elcomportamiento de los gases ideales: al tener unapresión o volumen constante se puede determinarla variación de temperatura. Normalmente seutilizan para calibrar otros termómetros debido asu gran precisión.d. Termómetro digital: una de las propiedades quecambia con la temperatura es la resistenciaeléctrica, por lo tanto, cambia la corriente que

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Escalas Termométricas:

b) Escala Fahrenheit (ºF)En algunos países, como Estados Unidos, utilizan preferentemente la escala Fahrenheit. Lospuntos de referencia que utilizó dicho físico para crear esta escala son diferentes a los utilizadospor Celsius. Fahrenheit, buscando una sustancia que se congelara a la temperatura más bajaposible, utiliza una solución de agua con cloruro de amonio, asignando al punto de fusion del hieloel valor 32 y al punto de ebullición del agua el valor 212.

c) Escala Kelvin (K)La escala más utilizada en nuestro país es la escala Celsius, en otros países se utiliza la escala

Fahrenheit, pero en el mundo de la ciencia debemos trabajar todos con las mismas unidades, entodo ámbito; por lo tanto, en la medición de la temperatura también se debió buscar una escalade unificación. La escala termométrica que utiliza el Sistema Internacional de Unidades es laescala Kelvin. El criterio utilizado para crear esta escala es la definición de temperatura, por loque el cero se asocia a la inexistencia de movimiento de partículas. A la temperatura de 0 K se lellama “cero absoluto” y corresponde a un límite teórico. A esta temperatura el nivel de energíadel sistema sería el más bajo posible, por lo que las partículas, según la mecánica clásica,carecerían de movimiento. Kelvin se basó en el trabajo de los franceses Jacques Charles,matemático e inventor y del físico y químico Louis Joseph Gay-Lussac. Estos determinaron que elvolumen de un gas a presión constante varía en proporción a los cambios de la temperatura; esdecir, por cada grado que disminuye la temperatura del gas, su volumen disminuye en un

3

Las escalas termométricas mas usadas son lasrealizadas por Anders Celsius, físico y astrónomosueco (1.701-1.744); luego la de Daniel GabrielFahrenheit (1.686-1.736) físico alemán. Y luego la delfísico y matemático británico lord Kelvin en 1.848.

Cada uno uso valores arbitrarios que se les asignaronal punto de fusión del hielo y al de ebullición delagua, en ambos casos a la presión de 1 atmosfera.

 Tenemos:a) Escala Celsius o centígrada (ºC)La escala Celsius es la que comúnmente utilizamospara medir la temperatura corporal y del ambiente. Elseñor Celsius le asigno el valor 0 al punto de fusióndel hielo y el valor 100 al punto de ebullición del aguaen ambos casos a 1 atm de presión.Al ser una escala lineal, se fijan estos dos puntos,luego se realizan 100 divisiones de igual tamaño y seobtiene la escala lineal de tem eratura.

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determinado porcentaje. Utilizando dicha información Kelvin calculó que, si seguimos enfriando ungas, al llegar a una temperatura de -273,15 grados Celsius el volumen sería cero. Por lo tanto 0 K = -273 º C.O sea al punto de fusíón del hielo se la asigna el valor de 0 K que corresponde a -273ºC y al deebullición del agua 373KAl crear esta escala, Kelvin fijó un solo punto, que es el cero y el tamañode una división lo toma de la escala Celsius; entonces, cuando la temperatura del ambienteaumenta en un grado Celsius, aumentará también en un kelvin. La relación entre ambas escalasestá dada aproximadamente por:Ejemplos

1) Si la temperatura ambiente es de 20 °C, ¿cuál será la temperatura ambiente en la escalakelvin? Solo debes sumar 273 a la temperatura en grados celsius, obteniendo así que 20 °C = 293K.

2) En la conservación en nitrógeno líquido, las temperaturas a las que se preservan elementosbiológicos son cercanas a 53K. Determina a cuantos grados Celsius corresponde.

53 = TºC+273, despejando se obtiene53-273 = TºC

-220 = TºCEs decir 53K = -220ºC

Para trasformar entre ºC y º F y viceversa usaremos la siguiente relación:

Aplicación de esta relación matemática:1) Una persona sana, presenta una temperatura corporal de 37ºC, expresarla en ºF

Reemplazando tenemos:9

)32º(537

−=

F T 

37∙9 = 325º5 ⋅−⋅  F T 

333 = 160º5 −⋅  F T 

333 + 160 = 325º5 ⋅−⋅  F T 

493 =  F T º5 ⋅

  5

49 3

=  F T º98,6 =  F T º ; Respuesta la temperatura de una persona sana medida

con termómetro grado en Celsius es de 37º C y medida con un termómetro graduado enFahrenheit es de 98,6º F

2) Un día caluroso en el desierto es de 176ºF, transfórmala a grados CelsiusReemplazamos en la misma relaciono matemática:

809

720

9

1445

9

)32176(5º ==

⋅=

−=C T  ; Respuesta, es decir en un día caluroso en el desierto es de

176ºF y expresado en grados Celsius es de 80º C 

¿Cómo afecta el cambio de temperatura a una sustancia?

4

 

273º)( +=T  K T 

9

)32º(5º −=

F C 

T T 

En esta imagen observamos que cuando cambia la estructura dela materia, de una u otra forma esto se reflejará en cambiosmacroscópicos. A toda variación que se produce en un cuerpodebido a un cambio de temperatura se le llama propiedadtermométrica. Un efecto visible es el cambio de color de algunassustancias. El cambio de temperatura produce un cambio en sucapacidad de reflejar un determinado color, por lo tanto, cambia

el color que se observa en un cuerpo. Otro cambio lo podemosobservar en la propiedad de los cuerpos llamada resistividadeléctrica: al aumentar la temperatura aumenta el desorden de laspartículas, por lo tanto, la cantidad de choques será mayor,produciéndose una mayor disipación de la energía. Enconsecuencia, al aumentar la temperatura, gradualmenteaumentará la resistividad eléctrica del material.Muchas veces habrás notado ue ha re as metálicas ue cuesta

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Dilatación y Contracción:

 

Conclusión: La variación de temperatura produce un cambio en las dimensiones del cuerpo, elcual puede contraerse o expandirse (dilatarse) según sea el cambio en la temperatura. Lavariación dependerá también del material y de sus dimensiones iniciales .Al cambio en lasdimensiones de un objeto debido a la variación de su temperatura le llamaremos dilatacióntérmica. Existen 3 formas de dilatación térmica, según las dimensiones por considerar, son:

• Dilatación Lineal• Dilatación superficial• Dilatación volumétrica

Nosotros solo estudiaremos la dilatación lineal

La variación de temperatura produce un cambio en las dimensiones del cuerpo, el cual puedecontraerse o expandirse según sea el cambio en la temperatura. La variación dependerá tambiéndel material y de sus dimensiones iniciales

Dilatación Lineal:

Donde:

=∆ L Variación de la longitud, a causa de los cambios de temperatura, su unidad de medida es elmetro en el SI

=0 L Longitud original de una barra, su unidad de medida es el metro en el SI

=α  Coeficiente de dilatación lineal depende de los materiales, su unidad en el SI es 10 −C 

=∆T  i  f   T  T   − , su unidad de medida en el SI es C 0

Ejemplos resueltos:

5

Para observar la dilatación térmica se puede realizar la siguienteactividad: necesitarás una botella de vidrio (pequeña), una moneday hielo.1. Moja con el hielo el gollete de la botella. Luego, pon sobre ella lamoneda.2. Pon tus manos alrededor de la botella como lo indica la imageny observa lo que sucede.

Si analicemos la actividad anterior: cuando pones tus manos entorno a la botella, le estás entregando energía que se transmite alaire dentro de ella y hace que aumente su temperatura. El aportede energía se traduce en un aumento del movimiento de las

En la dilatación lineal, consideraremos solamente unadimensión de variación. Por ejemplo, en una barra o unalambre, su diámetro es muy pequeño en comparación consu longitud. La variación de longitud en este caso dependeráde la variación de temperatura )( T ∆ , ya que a mayoraumento de esta, mayor será el movimiento de partículas,por lo que se producirá una mayor dilatación. También

dependerá de la longitud inicial ( 0 L ), ya que la dilatacióntotal es mayor, mientras mayor sea la longitud inicial de labarra. Por último, la variación de longitud no es igual paracada material, debido a la diferencia en sus estructurasmoleculares. Cada material se caracteriza por lo que se

“ ”

 

1) En cierta ciudad, se encuentra un puente de acero cuya longitudes de 2 kilómetros cuando la temperatura ambiente es 20°C. En estaciudad, la temperatura mínima en invierno puede llegar a los -10°C,y en verano, la máxima puede ser de 30°C. Calcular la variación delongitud que experimenta el puente si el coeficiente de dilatación

lineal del acero es 11∙10-6  10 −C  .

Datos:

m Km L 000.220 ==

C T i º10−=

C T  F  º30=

?=∆ L6

1011−

⋅=α  ºC

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Reemplazando en la formula, tenemos:

T  L L ∆⋅⋅=∆ α 0

=

C C m º40º1011000.2 16⋅⋅⋅

−−

, se simplifican ºC con ºC-1  mm L 022,010000.22 6=⋅=∆

−

, repuesta

cuando la temperatura sube desde -10 ºC hasta 30ºC la longitud de estas barras de aceroaumentan hasta 2.000,022m. En este caso se suman los valores pues existe una dilatación de lasbarras. Siendo esta la longitud máxima de las barrasAhora calcularemos la contracción del puente,consideraremos la misma longitud original, pero con una temperatura inicial de 20ºC y unatemperatura final de -10ºC. Datos:

m Km L 000.220 ==

C T i º20=

C T  F  º10−=

61011

−⋅=α  ºC

?=∆ LReemplazamos en la formula anterior:

T  L L ∆⋅⋅=∆ α 0 =2.000 ∙ 11∙ 10-6∙ -30 = - 660.000∙ 10-6 m = 0,66m, respuesta en este caso

cuando la temperatura baja desde 20ºC hasta -10 ºC, la longitud de estas barras disminuye hasta1.999,34m. En este caso se restan los valores pues existe contracción de las barras. Siendo esto lalongitud minima de las barras

En consecuencia, la variación total de la longitud del puente será:m L L L imaima 88,034,999.122,000.2minmax =−=−=∆ . Respuesta final, debido a las temperaturas

extremas las barras del puente experimentara un cambio de longitud de 0,88metros o de 88 cm.

La anomalía del agua o la dilatación anómala del agua:

6

Con estos datos calculamos la variación de lavariación de temperatura:

C T  º4010301030 =+=−−=∆

Con estos datos calculamos la variación de temperatura:º

 

El siguiente gráfico muestra cómo varía el volumen de un gramo

de agua al cambiar su temperatura. Una característicaextraordinaria del agua, ya que se trata del único material comúnque al enfriarse aumenta su volumen, contrariamente a lo quesucede normalmente. Pero esta anomalía sucede solo entre los 0ºCy 4ºC, produciéndose la máxima densidad del agua a los 4ºC. Estaes la base de la explicación de que el agua se congele desde lasuperficie hacia el fondo de un estanque. Normalmente, al pasar unlíquido a estado sólido, aumenta su densidad. Pero el agua no tieneun comportamiento igual a las demás sustancias como lo muestrael grafico, el agua al congelarse aumenta su volumen. Esto ocurreporque al disminuir la temperatura del hielo, este se dilata,disminuyendo se densidad. Al ser el hielo menos denso que elagua, flota en ella. Este comportamiento anómalo del agua no se

produce a cualquier temperatura. Si el agua se encuentra a 100ºCy disminuye su temperatura se contraerá como los demáscuerpos, pero esto ocurre hasta que llega a los 4ºC. a partir de esevalor; si la temperatura sigue descendiendo, el agua comenzara adilatarse, aumentando su volumen hasta llegar a los 0ºC. Por elcontrario, cuando el agua aumenta su temperatura de los 0ºC a los4ºC se contrae, pero si la temperatura sigue aumentando tendráun comportamiento normal. De aquí que se conoce a estefenómeno como dilatación anómala del agua, y se debe a lageometría de la molécula de agua que cambia su ordenamiento aldisminuir la tem eratura. El hecho de ue el a ua no si a la

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L 

Calor: Es una manifestación de la energía.

¿Qué ocurre cuando tomas un objeto que está más frío que tumano? Sientes que tu mano se enfría, pero también puedesnotar que el objeto se calienta, es decir, hay una variación detemperatura de ambos cuerpos.¿Qué produce esta variación de temperatura? Pon tu manosobre una hoja de un cuaderno por unos 10 segundos, ¿sientesalguna diferencia? Si no hay diferencia es porque tu mano y lahoja se encuentran a la misma temperatura: la condiciónpara que exista un cambio de temperatura es que loscuerpos que se encuentran en contacto estén atemperaturas diferentes. Lo que ocurre es unatransferencia de energía a la que llamamos calor yrepresentamos con la letra Q. ¿De dónde y hacia dónde sepropaga esta energía llamada calor? El calor siempre sepropaga del cuerpo de mayor temperatura hacia el demenor temperatura; el que se encuentra a una temperatura

mayor emite energía, y el de menor temperatura recibe dicha energía. ¿Un cuerpo puede “tener”calor? El calor es energía que se propaga, no energía que se tiene, por eso se define comoenergía en tránsito.

Importante: La unidad en el SI para medir la energía es el Joule (J) y como el calor es energía,tambien este se mide en el SI en Joule. Otra unidad utilizada para medir calor, aunque nopertenece al Sistema Internacional es la caloría (cal), donde, la equivalencia entre ambas es:

¿Qué relación existe entre temperatura y calor?

Los conceptos de temperatura y calor están relacionados, aunque son cosas muy diferentes. Laenergía tiene distintas manifestaciones, una de ellas es el movimiento. Para que un cuerpoaumente su estado de movimiento, debe interactuar con otro cuerpo y de esta forma recibirenergía. Por lo tanto, si el calor es energía, ¿qué sucederá con las partículas que forman unasustancia al recibir calor? Aumentarán su movimiento vibratorio, y por lo tanto, aumentará sutemperatura. Por el contrario, si disminuye el estado de agitación de las partículas, estas perderánenergía, lo que se traduce en una emisión de calor. ¿De qué dependerá el calor entregado a unasustancia o el calor cedido por ella?

7

 

1 cal =

Al observar la imagen donde el primerrecipiente tiene la mitad de agua y elsegundo esta lleno de este liquido,ambos recibiendo el fuego de una cocina,para que en ambos recipientes el aguahierva, nos cabe pensar en estas dospreguntas:1. ¿En cuál de los dos casos es necesarioentregar más calor para hervir el agua?2. ¿La cantidad de calor dependerá de la

tem eratura ue se uiere lo rar?

Una consecuencia de la dilatación anómala del aguaes la siguiente, si dejas en el congelador delrefrigerador una botella de vidrio con agua y muybien cerrada, y la dejas por unas doce horas ahí.Ocurre que encontraras la botella quebrada y el aguacongelada, las causas son:Como la botella con agua estuvo expuesta a bajastemperaturas ocurre:

• Que el agua se dilato•  Y el solidó botella se contrae

 

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Para dar respuestas a estas situaciones debemos hablar del calor entregado o cedido (Q) quedepende de varios factores:

a) En primer lugar, hay una dependencia respecto del cambio de temperatura ( T ∆ ) que sequiere lograr. Si pones la tetera con agua en la cocina y solo quieres entibiarla debes entregar unacantidad de calor, pero si quieres hervir el agua, la cantidad de calor debe ser mayor.

b) También dependerá de la masa (m). Tomando el mismo ejemplo anterior, si pones la teteracon agua hasta la mitad, requiere na cierta cantidad de calor, pero si la tetera está llena, lacantidad de calor entregada debe aumentar.

c) Por último, existe una dependencia del material. Por ejemplo, no es lo mismo calentar aguaque aceite, ya que necesitan diferente cantidad de calor para alcanzar una misma temperatura.Cada material se caracteriza por una constante asociada llamada calor específico ( c). Mientrasmayor sea el calor específico de una sustancia, mayor cantidad de calor será necesario entregarlea la sustancia para elevar su temperatura, mientras que dicho cuerpo deberá ceder una mayorcantidad de calor para bajar su temperatura.

Finalmente, podemos relacionar todas las variables mencionadas de la siguiente forma:

Donde:

Q = Es el calor, que puede ser entregado o absorbido, su unidad de medida es Joule en el SIm = Es la masa del cuerpo que recibe o cede el calor, su unidad de medida en el Si es Kg

c = Es el calor especifico y depende del material, su unidad esC  Kg 

 J 

º⋅

T ∆ = Es la variación de la temperatura del cuerpo, su unidad de medida es ºC

Ejemplos de aplicación:

1) Que significa decir que el cobre tiene un calor especifico de 387C  Kg 

 J 

º⋅

Respuesta: Que cada kilo de cobre necesita 387 calorías para variar su temperatura en 1ºC

2) Calcular las calorías que absorbe una cuchara de cobre de 120 gramos, si al introducirla en unataza de agua caliente y su temperatura sube de 10ºC hasta 60ºC. Sabiendo que el calor especifico

del cobre es 387C  Kg 

 J 

º⋅

Datos:Q = ¿?m = 120 g = 0,12 Kg

 Ti = 10ºC Tf  = 60ºC

CCU = 387 C  Kg 

 J 

º⋅

3) Calcula las calorías que se desprenden de una cadena de acero de 1,5 Kg, al bajar su

temperatura desde 130ºC a 10ºC. Se sabe que el calor específico del acero es 460C  Kg 

 J 

º⋅

Datos:Q = ¿?

8

 

Primero se calcula la variación de la temperatura o sea: i F  T T T  −=∆ =

60-10 = 50ºC

Luego se reemplaza en: Q = 0,12 Kg ∙ 387C  Kg 

 J 

º⋅∙ 50 ºC =

Simplificamos las unidades respectivas y se obtiene 2.322 J

Respuesta: La cuchara de cobre absorbe 2.322 J para aumentar su

Primero calculamos la variación de temperatura, Así:C T  º12013010 −=−=∆

Ahora reemplazamos en: Q = 1,5 Kg ∙ 460C  Kg 

 J 

º⋅∙ -120ºC = -82.800 J

Respuesta: La cadena de acero cede al medio ambiente 82.800 J para queº º

T cmQ ∆⋅⋅=

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m = 1,5 Kg Ti = 130 ºC Tf  = 10ºC

Cacero = 460C  Kg 

 J 

º⋅

Importante: Al usar la relación matemática: Q = m ∙ c ∙ T ∆ ; te puedes dar cuenta que si elresultado da positivo es por que se absorbe calor, de alguna fuente.

 Y si el resultado es negativo se interpreta que se cede calor al medio ambiente.

4) Sabiendo que un litro de agua contenida en una tetera tiene una masa de 1 kilo. Calcular lascalorías que se necesitan para calentar 2, 5 litros de agua desde 25ºC hasta el punto de ebullición,

se sabe que el calor especifico del agua es 4.186C  Kg 

 J 

º⋅

Datos:m = 2,5 l = 2,5 Kg

 Ti = 25ºC TF = 100ºC

Cagua = 4.186C  Kg 

 J 

º⋅

Equilibrio Térmico:

Donde:

C = Capacidad calórica, su unidad de medida esT 

 J 

∆en el SI

Q = Es calor cedido o absorbido, su unidad de medida es las caloríasT ∆ = Es la variación de temperatura, su unidad es ºC

¿De qué depende que un cuerpo tenga menor o mayor capacidad calórica?

9

Primero calculamos la variación de temperatura,C T  º7525100 =−=∆

Ahora reemplazamos en: Q = 2,5 Kg ∙ 4.186C  Kg 

 J 

º⋅∙ 75ºC =

784.875 J 

Al pensar que al echar hielo en una bebida podemosdejar la bebida más fría que el hielo, esto claramente noes posible. Entonces, ¿hasta cuándo disminuirá latemperatura de un cuerpo? Si el calor es transferencia deenergía entre cuerpos a diferente temperatura, entoncesesta transferencia de calor terminará cuando los cuerposigualen sus temperaturas. Si ya no hay transferencia decalor, no hay cambio de temperatura. Cuando doscuerpos se encuentran a igual temperatura, decimos queestán en equilibrio térmico, pero la temperatura de

equilibrio no corresponde necesariamente a latemperatura promedio, esto dependerá de distintosfactores. Si dos cuerpos a distinta temperatura seencuentran aislados, es decir, que la transferencia deenergía es solo entre estos dos cuerpos, toda la energíaque cede un cuerpo es energía que absorbe el otro. Lavariación de temperatura de cada cuerpo dependerá desu capacidad calórica. Se define capacidad calórica comola cantidad de calor que necesita un cuerpo para variar

Considerando lo anterior, si tenemosdos cuerpos con distinta capacidadcalórica y a ambos entregamos lamisma cantidad de calor, el de mayorcapacidad calórica experimentará unamenor variación de temperatura, yaque necesita más calor que el otro paraproducir el mismo aumento detemperatura. 

 Ten presente que…• Si las variaciones de temperatura son

diferentes para cada cuerpo no quieredecir que hay pérdida de calor, sino

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Si viertes un vaso con agua caliente en una piscina, la temperatura del agua de la piscinaprácticamente no variará, esto se debe a la gran diferencia de masas. A mayor masa, mayor esla cantidad de calor necesaria para variar la temperatura. ¿Por qué crees que la variación detemperatura depende de la masa? La capacidad calórica también dependerá del material, estoes, de su calor específico. Anteriormente, vimos que a mayor calor específico, mayor es lacantidad de calor necesaria para variar la temperatura del cuerpo. Por lo tanto, la capacidadcalórica dependerá directamente de la masa (m) y del calor específico (c) de acuerdo a la

siguiente relación:  

 

 

 

 ⋅=

∆

=

C 

 J mc

T 

QC 

º

Resumiendo, si ponemos dos cuerpos en contacto térmico

en un medio aislado, existirá una transferencia de energía entre ellos, que estará presente hastaque las temperaturas de los cuerpos se igualen, alcanzando el equilibrio térmico. La temperaturade dicho equilibrio dependerá de la capacidad calórica de cada cuerpo, siendo el cuerpo de mayorcapacidad calórica el que experimente una menor variación de temperatura. Si los cuerpos son deigual masa, entonces la variación dependerá del calor específico. Si los cuerpos están formadospor la misma sustancia, entonces el cambio de temperatura dependerá de sus masas.

Propagación del Calor: Cuando nos preguntamos acerca de la propagación del calor, en realidadlo que queremos saber es cómo se propaga la energía desde los cuerpos calientes a los fríos.

Decir “propagación del calor” es una forma de hablar: lo que en realidad se propaga es la energía,que es lo que poseen los cuerpos. Existen tres maneras en las que la energía térmica se propagade unos cuerpos a otros: conducción, convección y radiación.

a) Conducción:

10

Es la transmisión del calor a través de un sólidos se calienta unextremo de una varilla metálica, de forma que aumente sutemperatura, el calor se transmite hasta el extremo más frío porconducción. El mecanismo exacto de la conducción de calor en lossólidos, se cree que se debe, en parte, al movimiento de loselectrones libres que transportan energía cuando existe unadiferencia de temperatura. El factor de proporcionalidad se denominaconductividad térmica del material. Los materiales como el oro, laplata o el cobre tienen conductividades térmicas elevadas y conducenbien el calor, mientras que materiales como el vidrio, tienenconductividad cientos e incluso miles de veces menor; conducen

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b) Convección: 

fondo se calienta por el calor que se ha transmitido por conducción a través del sólido olla. Alexpandirse, su densidad disminuye y como resultado de ello el agua caliente asciende y parte delfluido más frío baja hacia el fondo, con lo que se inicia un movimiento de circulación. El líquidomás frío vuelve a calentarse por conducción, mientras que el líquido más caliente situado arribapierde parte de su calor por radiación y lo cede al aire situado por encima.El calentamiento de una habitación mediante un calefactor no depende tanto de la radiación comode las corrientes naturales de convección, que hacen que el aire caliente suba hacia el techo y elaire frío del resto de la habitación se dirija hacia el calefactor. Debido a que el aire caliente tiendea subir y el aire frío a bajar, los calefactores deben colocarse cerca del suelo (y los aparatos deaire acondicionado cerca del techo) para que la eficiencia sea máxima.De la misma forma, la convección natural es responsable de la ascensión del agua caliente y el

vapor en las calderas de convección natural, y del tiro de las chimeneas. La convección también

determina el movimiento de las grandes masas de aire sobre la superficie terrestre, la acción delos vientos, la formación de nubes, las corrientes oceánicas y la transferencia de calor desde elinterior del Sol hasta su superficie.

c) Radiación:

Concusión: El calor se transmite de un lugar a otro de tres maneras diferentes:

• Por conducción entre cuerpo sólidos en contacto• Por convección en fluidos (líquidos o gases)• Por radiación a través del medio en que la radiación pueda propagarse (sin contacto)

Ejemplos: 1) Al calentar agua en una tetera, ocurre:

• La llama de la cocina calientan el metal que están en contacto con el fondo y le transmitenel calor por conducción (el metal se dilata y sus partículas vibran más).

• El metal transmite el calor al agua del fondo de la tetera por conducción, el agua calientedel fondo asciende, originando corrientes convectivas o propagación del calor porconvección y se mezcla con el agua fría.

• Las paredes de la tetera cuando están caliente emiten radiación del calor a losalrededores

2) Al tomar un tazón con u café recién preparado con agua hirviendo, ocurre;* Al tomar con las dos manos el tazón el calor se transmite a través de un sólido o sea se recibeel calor por conducción* Al ingerir el café el líquido nos entrega el calor al interior de nuestra boca y nos puede quemar,en este caso el calor nos llega a través del líquido es decir por convección.* Y si consideramos que al tomar el tazón con nuestras dos manos y sostenerlos cerca de nuestracara, recibimos la radiación del vapor sobre ella, en este caso el calor nos llega por radiación. 

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Es la transmisión del calor a través de líquidos o un gas, por lo tanto si existe unadiferencia de temperatura en el interior de un líquido o un gas, es casi seguro quese producirá un movimiento del fluido. Este movimiento transfiere calor de unaparte del fluido a otra por un proceso llamado convección. El movimiento delfluido puede ser natural o forzado. Si se calienta un líquido o un gas,su densidad (masa por unidad de volumen) suele disminuir. Si el líquido o gasse encuentra en el campo gravitatorio, el fluido más caliente y menos denso

asciende mientras ue el fluido más frío más denso desciende.

En este caso la transmisión del calor ocurre sin contacto es decir adistancia. Es decir la radiación presenta una diferencia fundamentalrespecto a la conducción y la convección: las sustancias queintercambian calor no tienen que estar en contacto, sino que

pueden estar separadas por un vacío. La radiación es un término quese aplica genéricamente a toda clase de fenómenos relacionadoscon ondas electromagnéticas. Algunos fenómenos de la radiaciónpueden describirse mediante la teoría de ondas, pero la única

5/12/2018 2°MEDIO FISICA A PALMA MODULO N°3 - slidepdf.com

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En estos ejemplos tenemos presente los tres medios de transmitir el calor, hay caso en que soloestán presentes solo dos de estos casos. Ejercicios:

1) ¿Qué se entiende por temperatura?

2) Con que instrumento se mide la temperatura, y cuantos tipos de termómetros de termómetrosexiste, explica dos de ellos

3) Cuales son los puntos de referencia que se usaron en cada escala termométrica que existe

4) ¿Cuál es la unidad de la temperatura en el sistema internacional (SI)?

5) Transforma:a) 35ºC a ºF y K b) 150ºF a ºCc) -12ºC a ºFd) -60ºF a K 

6) ¿Qué es la dilatación térmica?

7) Explica desde el punto de vista de la física que utilidad tiene al poner las cerámicas en el suelocon una leve separación en relación a los cambios de temperatura

8) Una barra de acero, de coeficiente de dilatación de 460C  Kg 

 J º⋅

, ten un puente de un camino

tiene una longitud de 50 m cuando se encuentra a 30ºC. Calcula la longitud que tendrá cuando sutemperatura descienda a -2ºC

9) Una barra de cierto metal tiene una longitud de 10 m a 0ºC. ¿Cuál debe ser su coeficiente dedilatación lineal para que alcance una longitud de 10,02m a los 20ºC?

10) Explica que es la dilatación anómala del agua, e indica entre que valores de temperatura seproduce la dilatación del agua y entre que valores el agua se contrae

11) Explica por que es peligroso poner una botella de vidrio con agua en la parte del congelador

12) ¿Qué se entiende por calor?

13) ¿Cuál es la relación entre el calor y la temperatura?

14) Que significa decir que el estaño tiene un calor específico de 230C  Kg 

 J 

º⋅

15) Calcular las calorías que absorbe o cede un trozo de de oro 80 gramos, que se encuentra25ºC y luego se introduce en un recipiente que se encuentra con agua en su punto de ebullición.

Sabiendo que el calor especifico del oro es 130C  Kg 

 J 

º⋅

16) Calcula las calorías que se absorbe o cede de un trozo de aluminio de 2 Kg, al bajar su

temperatura desde 150ºC a -2ºC. Se sabe que el calor específico del aluminio es 880C  Kg 

 J 

º⋅

17) ¿De qué depende la capacidad calórica que tenga un cuerpo?

18) Explica que es equilibrio térmico

19) ¿Qué se entiende por propagación del calor?

20) Explica la transmisión del calor por convección

21) Distingue los casos de transmisión del calor que se producen en los siguientes casos:a) “Una persona tomando un baño de tina con agua muy caliente”

b) “Cuando tomas con la mano una cuchara que sacaste de la olla estaba hirviendo”c) “Cuando revuelves una olla donde preparas una cazuela”

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