1. Temperatura y dilatación
Presentación PowerPoint de
Paul E. Tippens, Profesor de Física
Southern Polytechnic State University

2. Fotografía de
Blake Tippens
LA TEMPERATURA es una medida de la energía cinética
promedio por molécula. La radiación infrarroja proveniente
del canal de aire en el oído pasa a través del sistema óptico
del termómetro y se convierte en una señal eléctrica que
produce una lectura digital de la temperatura corporal.

3. Objetivos: Después de terminar
esta unidad, deberá:
• Trabajar con escalas de temperatura
Celsius, Kelvin y Fahrenheit tanto
para temperaturas específicas como
para intervalos de temperatura.
• Escribir y aplicar
fórmulas para dilatación
lineal, de área y de
volumen.

4. Energía térmica
La energía térmica es la energía interna total de un
objeto: la suma de sus energías cinética y potencial
molecular.
Energía térmica = U + K
Energía interna: las analogías de resorte son útiles:
U = ½kx2
K = ½mv2

5. Temperatura
La temperatura se relaciona con la actividad
cinética de las moléculas, mientras que la
dilatación y los cambios de fase de las
sustancias se relacionan más con la energía
potencial.
Aunque no es cierto en todos los casos, un buen
principio es definir la temperatura como la
energía cinética promedio por molécula.
½mv 2
T
N

6. Temperatura contra energía interna
Las jarras grande y
Misma
temperatura
pequeña tienen la
inicial
misma temperatura,
pero no tienen la
El volumen más
misma energía térmica.
grande tiene mayor
energía térmica
Una mayor cantidad de
hielo
hielo agua caliente funde
agua más hielo.

7. Equilibrio de temperatura
Equilibrio térmico El calor se define como la
Carbones transferencia de energía
calientes Contenedor térmica debido a una
aislado diferencia en temperatura.
Dos objetos están en
equilibrio térmico si y sólo si
están a la misma
temperatura.
Agua fría Misma temperatura

8. Termómetro
Un termómetro es cualquier
dispositivo que, mediante
escalas marcadas, puede dar
una indicación de su propia
temperatura.
T = kX
X es propiedad termométrica: dilatación, resistencia
eléctrica, longitud de onda de luz, etc.

9. Ley cero de la termodinámica
Ley cero de la termodinámica: Si dos objetos A y B están en
equilibrio por separado con un tercer objeto C, entonces los
objetos A y B están en equilibrio térmico mutuo.
Equilibrio térmico
Objeto C
A
A B
Objeto C
B Misma temperatura

10. Escalas de temperatura
1000C 2120F
El punto fijo inferior es el
punto de congelación, la
temperatura a la que el hielo y
el agua coexisten a 1 atm de
presión: 00C 320F
0 0C o 32 0F
El punto fijo superior es el
punto ebullición, la
temperatura a la que vapor y
agua coexisten a 1 atm de
100 0C o 212 0F
presión:

11. Comparación de intervalos de
temperatura
Intervalos de temperatura:
1000C 2120F
100 C0 = 180 F0
5 C0 = 9 F0 100 C0 180 F0
Si la temperatura cambia tC tF
de 79 0F a 70 0F, 00C 320F
significa una
disminución de 5 C0.

12. Etiquetas de temperatura
Si un objeto tiene una temperatura específica, se coloca
el símbolo de grado 0 antes de la escala (0C o 0F).
t = 60 0C
Se dice: “La temperatura es sesenta
grados Celsius.”

13. Etiquetas de temperatura (Cont.)
Si un objeto experimenta un cambio de temperatura,
se coloca el símbolo de grado 0 después de la escala
(C0 o F0) para indicar el intervalo de temperatura.
ti = 60 0C
tf = 20 0C
t = 60 0C – 20 0C t = 40 C0
Se dice: “La temperatura disminuyó cuarenta
grados Celsius.”

14. Temperaturas específicas
Mismas temperaturas
1000C 2120F
tienen números
diferentes: 0C 0F
100 C0 180 F0
tC 00 t F 320 tC tF
100 div 180 div 00C 320F
9 0
t
5 C tF 32
9 0 5 0
tF 5 C t 32 tC 9 tF 32

15. Ejemplo 1: Un plato de comida se enfría de
1600F a 650F. ¿Cuál fue la temperatura
inicial en grados Celsius? ¿Cuál es el cambio
en temperatura en grados Celsius?
5 0
Convierta 160 0F a 0C tC 9 tF 32
de la fórmula:
5 5(1280 )
tC (1600 320 ) tC = 71.1 0C
9 9
0 0 0
t 160 F 65 F 95 F 9 F0 = 5 C0
5 C0
t 95 F0 t = 52.8 C0
9 F0

16. Limitaciones de las escalas
relativas
El problema más serio con las escalas
Celsius y Fahrenheit es la existencia de
temperaturas negativas.
Claramente, ¡la energía cinética ¿-25 0C?
promedio por molécula NO es
cero o en 0 0C o en 0 0F!
T = kX = ¿0?

17. Termómetro a volumen constante
Presión
La búsqueda para un
absoluta cero verdadero de
Válvula
temperatura se puede
hacer con un termómetro
a volumen constante.
Volumen
constante de Para volumen
un gas. (Aire, constante:
por ejemplo)
T = kP
La presión varía con la temperatura.

18. Cero absoluto de temperatura
P1 P2 Cero P
absoluto
T1 T2 T
-2730C 00C 1000C
Grafique los puntos (P1,
00C 1000C 00C) y (P2, 1000C); luego
extrapole a cero.
Cero absoluto = -2730C

19. Comparación de cuatro escalas
373 K 2120F 672 R 1 C0 = 1 K
1000C
vapor
00C 273 K 320F 460 R 5 C0 = 9 F
hielo
Celsius K Fahrenheit R 9 0
C Kelvin F Rankine tF 5 Ct 32
Cero
absoluto tC 5
9 tF 320
-2730C 0K -4600F 0R
TK = tC + 2730

20. Dilatación lineal
L L0 t Lo L
to
L
L t
L0 t
Cobre: = 1.7 x 10-5/C0 Concreto: = 0.9 x 10-5/C0
Hierro: = 1.2 x 10-5/C0 Aluminio: = 2.4 x 10-5/C0

21. Ejemplo 2: Una tubería de cobre mide 90 m de
largo a 20 0C. ¿Cuál es nueva longitud cuando a
través de la tubería pasa vapor a 1000C?
Lo = 90 m, t0= 200C
t = 1000C - 200C = 80 C0
L = Lo t = (1.7 x 10-5/C0)(90 m)(80 C0)
L = 0.122 m L = Lo + L
L = 90 m + 0.122 m
L = 90.12 m

22. Aplicaciones de la dilatación
Hierro Latón
Latón Hierro
Junta de
dilatación
Tira bimetálica
Las juntas de dilatación son necesarias para permitir que
el concreto se dilate, y las tiras bimetálicas se pueden
usar como termostatos o para abrir y cerrar circuitos.

23. Dilatación de área
Dilatación al
calentarse.
A0 A
La dilatación de área es análoga a
la ampliación de una fotografía.
El ejemplo muestra una tuerca caliente
que se encoge para un firme ajuste
después de enfriarse.

24. Cálculo de dilatación de área
A0 = L0W0
A = LW W
L = L0 + L0 t W
Wo L
W = W0 + W0 t
Lo
L = L0(1 + t ) W
= W0(1 + t L
A = LW = L0W0(1 + t)2 A = A0(1 + 2 t)
Dilatación de área: A=2 t

25. Dilatación de volumen
La dilatación es la
misma en todas
direcciones (L, W y
H), por tanto:
V = V0 t
La constante es el coeficiente
V
de dilatación de volumen. V0 t

26. Ejemplo 3. Un vaso de precipitados Pyrex de 200
cm3 se llena hasta el tope con glicerina. Luego el
sistema se caliente de 20 0C a 80 0C. ¿Cuánta
glicerina se desborda del contenedor?
Glicerina: 5.1 x 10-4/C0 Vdesb= ¿?
200C
Pyrex: =3 800C
0.3 x 10-5/C0)
= 0.9 x 10-5/C0 V0 V
Vdesb = VG - VP 200 cm3
Vdesb = GV0 t- PV0 t=( G - P )V0 t
Vdesb = (5.1 x 10-4/C0- 0.9 x 10-5/C0)(200 cm3)(800C - 200C)

27. Ejemplo 3. (continuación)
Glicerina: 5.1 x 10-4/C0 Vdesb= ¿?
200C
Pyrex: =3 800C
0.3 x 10-5/C0)
= 0.9 x 10-5/C0 V0 V
Vdesb = VG - VP 200 cm3
Vdesb = GV0 t- PV0 t=( G - P )V0 t
Vdesb = (5.1 x 10-4/C0- 0.9 x 10-5/C0)(200 cm3)(800C - 200C)
Desbordamiento de volumen = 6.01 cm3

28. Resumen
La energía térmica es la energía interna de un objeto: la
suma de sus energías cinética y potencial molecular.
Energía térmica = U + K
Ley cero de la termodinámica: Si dos objetos A y B están en
equilibrio por separado con un tercer objeto C, entonces lo
objetos A y B están en equilibrio térmico uno con otro.
A Equilibrio térmico
Objeto C
B A B

29. Resumen de escalas de temperatura
373 K 2120F 672 R 1 C0 = 1 K
1000C
vapor
00C 273 K 320F 460 R 5 C0 = 9 F
hielo
Celsius K Fahrenheit R 9 0
C Kelvin F Rankine tF 5 Ct 32
Cero
absoluto tC 5
9 tF 320
-2730C 0 K -4600F 0R
TK = tC + 2730

30. Resumen: dilatación
Dilatación lineal:
L L0 t Lo L
to
L
L t
L0 t
Dilatación Dilatación de área:
A=2 t
A0 A

31. Dilatación de volumen
La dilatación es la
misma en todas
direcciones (L, W y
H), por tanto:
V = V0 t
La constante es el coeficiente
V
de dilatación de volumen. V0 t

32. CONCLUSIÓN:
Temperatura y dilatación