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Objetivos: Después de terminar   esta unidad, deberá:• Trabajar con escalas de temperatura  Celsius, Kelvin y Fahrenheit t...
Energía térmicaLa energía térmica es la energía interna total de unobjeto: la suma de sus energías cinética y potencialmol...
TemperaturaLa temperatura se relaciona con la actividadcinética de las moléculas, mientras que ladilatación y los cambios ...
Temperatura contra energía interna                                          Las jarras grande y            Misma          ...
Equilibrio de temperatura                   Equilibrio térmico    El calor se define como laCarbones                      ...
TermómetroUn termómetro es cualquierdispositivo que, medianteescalas marcadas, puede daruna indicación de su propiatempera...
Ley cero de la termodinámicaLey cero de la termodinámica: Si dos objetos A y B están enequilibrio por separado con un terc...
Escalas de temperatura                                        1000C    2120FEl punto fijo inferior es elpunto de congelaci...
Comparación de intervalos de        temperaturaIntervalos de temperatura:                             1000C    2120F     1...
Etiquetas de temperaturaSi un objeto tiene una temperatura específica, se colocael símbolo de grado 0 antes de la escala (...
Etiquetas de temperatura (Cont.)Si un objeto experimenta un cambio de temperatura,se coloca el símbolo de grado 0 después ...
Temperaturas específicas Mismas temperaturas                                      1000C        2120F    tienen números  di...
Ejemplo 1: Un plato de comida se enfría de1600F a 650F. ¿Cuál fue la temperaturainicial en grados Celsius? ¿Cuál es el cam...
Limitaciones de las escalas               relativasEl problema más serio con las escalasCelsius y Fahrenheit es la existen...
Termómetro a volumen constante       Presión                       La búsqueda para un       absoluta        cero verdader...
Cero absoluto de temperatura    P1   P2                  Cero      P                           absoluto    T1   T2        ...
Comparación de cuatro escalas          373 K            2120F    672 R         1 C0 = 1 K1000C               vapor 00C    ...
Dilatación lineal          L        L0 t                     Lo          L                                 to             ...
Ejemplo 2: Una tubería de cobre mide 90 m delargo a 20 0C. ¿Cuál es nueva longitud cuando através de la tubería pasa vapor...
Aplicaciones de la dilatación                                  Hierro       Latón                             Latón       ...
Dilatación de áreaDilatación al calentarse.  A0            A     La dilatación de área es análoga a     la ampliación de u...
Cálculo de dilatación de área   A0 = L0W0    A = LW                     W  L = L0 + L0 t    W                       Wo    ...
Dilatación de volumen La dilatación es la  misma en todasdirecciones (L, W y   H), por tanto:    V = V0 tLa constante es e...
Ejemplo 3. Un vaso de precipitados Pyrex de 200    cm3 se llena hasta el tope con glicerina. Luego el    sistema se calien...
Ejemplo 3. (continuación)Glicerina:       5.1 x 10-4/C0                         Vdesb= ¿?                                 ...
ResumenLa energía térmica es la energía interna de un objeto: lasuma de sus energías cinética y potencial molecular.      ...
Resumen de escalas de temperatura          373 K            2120F    672 R         1 C0 = 1 K1000C               vapor 00C...
Resumen: dilatación              Dilatación lineal:  L          L0 t                  Lo   L                       to     ...
Dilatación de volumen La dilatación es la  misma en todasdirecciones (L, W y   H), por tanto:    V = V0 tLa constante es e...
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Temperatura y dilatacion

  1. 1. Temperatura y dilatación Presentación PowerPoint de Paul E. Tippens, Profesor de FísicaSouthern Polytechnic State University
  2. 2. Fotografía de Blake TippensLA TEMPERATURA es una medida de la energía cinéticapromedio por molécula. La radiación infrarroja provenientedel canal de aire en el oído pasa a través del sistema ópticodel termómetro y se convierte en una señal eléctrica queproduce una lectura digital de la temperatura corporal.
  3. 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. 4. Energía térmicaLa energía térmica es la energía interna total de unobjeto: la suma de sus energías cinética y potencialmolecular. Energía térmica = U + KEnergía interna: las analogías de resorte son útiles: U = ½kx2 K = ½mv2
  5. 5. TemperaturaLa temperatura se relaciona con la actividadcinética de las moléculas, mientras que ladilatación y los cambios de fase de lassustancias se relacionan más con la energíapotencial.Aunque no es cierto en todos los casos, un buenprincipio es definir la temperatura como laenergía cinética promedio por molécula. ½mv 2 T N
  6. 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. 7. Equilibrio de temperatura Equilibrio térmico El calor se define como laCarbones transferencia de energíacalientes 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. 8. TermómetroUn termómetro es cualquierdispositivo que, medianteescalas marcadas, puede daruna indicación de su propiatemperatura. T = kX X es propiedad termométrica: dilatación, resistencia eléctrica, longitud de onda de luz, etc.
  9. 9. Ley cero de la termodinámicaLey cero de la termodinámica: Si dos objetos A y B están enequilibrio por separado con un tercer objeto C, entonces losobjetos A y B están en equilibrio térmico mutuo. Equilibrio térmico Objeto C A A B Objeto C B Misma temperatura
  10. 10. Escalas de temperatura 1000C 2120FEl punto fijo inferior es elpunto de congelación, latemperatura a la que el hielo yel agua coexisten a 1 atm depresión: 00C 320F 0 0C o 32 0FEl punto fijo superior es elpunto ebullición, latemperatura a la que vapor yagua coexisten a 1 atm de 100 0C o 212 0Fpresión:
  11. 11. Comparación de intervalos de temperaturaIntervalos de temperatura: 1000C 2120F 100 C0 = 180 F0 5 C0 = 9 F0 100 C0 180 F0Si la temperatura cambia tC tFde 79 0F a 70 0F, 00C 320Fsignifica unadisminución de 5 C0.
  12. 12. Etiquetas de temperaturaSi un objeto tiene una temperatura específica, se colocael símbolo de grado 0 antes de la escala (0C o 0F). t = 60 0C Se dice: “La temperatura es sesenta grados Celsius.”
  13. 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. 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 0tF 5 C t 32 tC 9 tF 32
  15. 15. Ejemplo 1: Un plato de comida se enfría de1600F a 650F. ¿Cuál fue la temperaturainicial en grados Celsius? ¿Cuál es el cambioen temperatura en grados Celsius? 5 0Convierta 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. 16. Limitaciones de las escalas relativasEl problema más serio con las escalasCelsius y Fahrenheit es la existencia detemperaturas negativas.Claramente, ¡la energía cinética ¿-25 0C?promedio por molécula NO escero o en 0 0C o en 0 0F! T = kX = ¿0?
  17. 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. 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. 19. Comparación de cuatro escalas 373 K 2120F 672 R 1 C0 = 1 K1000C vapor 00C 273 K 320F 460 R 5 C0 = 9 F hieloCelsius 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. 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/C0Hierro: = 1.2 x 10-5/C0 Aluminio: = 2.4 x 10-5/C0
  21. 21. Ejemplo 2: Una tubería de cobre mide 90 m delargo a 20 0C. ¿Cuál es nueva longitud cuando através de la tubería pasa vapor a 1000C? Lo = 90 m, t0= 200Ct = 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. 22. Aplicaciones de la dilatación Hierro Latón Latón Hierro Junta de dilatación Tira bimetálicaLas 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. 23. Dilatación de áreaDilatación 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. 24. Cálculo de dilatación de área A0 = L0W0 A = LW W L = L0 + L0 t W Wo L W = W0 + W0 t LoL = 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. 25. Dilatación de volumen La dilatación es la misma en todasdirecciones (L, W y H), por tanto: V = V0 tLa constante es el coeficiente Vde dilatación de volumen. V0 t
  26. 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 tVdesb = (5.1 x 10-4/C0- 0.9 x 10-5/C0)(200 cm3)(800C - 200C)
  27. 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 tVdesb = (5.1 x 10-4/C0- 0.9 x 10-5/C0)(200 cm3)(800C - 200C) Desbordamiento de volumen = 6.01 cm3
  28. 28. ResumenLa energía térmica es la energía interna de un objeto: lasuma de sus energías cinética y potencial molecular. Energía térmica = U + KLey cero de la termodinámica: Si dos objetos A y B están enequilibrio por separado con un tercer objeto C, entonces loobjetos A y B están en equilibrio térmico uno con otro. A Equilibrio térmico Objeto C B A B
  29. 29. Resumen de escalas de temperatura 373 K 2120F 672 R 1 C0 = 1 K1000C vapor 00C 273 K 320F 460 R 5 C0 = 9 F hieloCelsius 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. 30. Resumen: dilatación Dilatación lineal: L L0 t Lo L to L L t L0 tDilatación Dilatación de área: A=2 t A0 A
  31. 31. Dilatación de volumen La dilatación es la misma en todasdirecciones (L, W y H), por tanto: V = V0 tLa constante es el coeficiente Vde dilatación de volumen. V0 t
  32. 32. CONCLUSIÓN:Temperatura y dilatación

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