Apuntes de Física para los temas de Temperatura y Calor

1. TEMPERATURA Y CALOR
Profesor Prudencio Jiménez Mendoza
ESIME - ZACATENCO

2. Termometría
• La ciencia que estudia la forma en que se puede medir la
temperatura de los cuerpos, es una parte de la Física
llamada Termometría.
• La temperatura de los cuerpos está asociada con la
sensación de caliente o frío que percibimos al tocarlos
por medio de nuestro sentido del tacto.

3. Temperatura
• La temperatura de un cuerpo se define como la “Energía
cinética promedio de las moléculas de un cuerpo”.
• En el hielo la cohesión entre sus moléculas es muy alta y
esto permite darle forma definida al cuerpo.
• El agua líquida tiene moléculas con mayor movilidad
debido al incremento en su temperatura.
• Al calentar el agua, la energía cinética de las moléculas
aumenta y la temperatura de ebullición es de 100 °C.

4. Escalas comunes de temperatura
• Escala Celsius: propuesta por Anders Celsius en 1742
con un punto fijo inferior de 0° para la congelación del
agua y un punto fijo superior de 100° para la ebullición del
agua. Esta escala consta de 100 divisiones por lo que
también se conoce como “centígrada”.
• Escala Fahrenheit: propuesta por Gabriel Daniel
Fahrenheit en 1724, considera que el punto fijo inferior es
de 32° para la congelación del agua y el punto fijo
superior es de 212° para la ebullición del agua.
• Conversión de escalas:
• °𝑪 =
𝟏𝟎𝟎
𝟏𝟖𝟎
°𝑭 − 𝟑𝟐 °𝑭 =
𝟏𝟖𝟎
𝟏𝟎𝟎
°𝑪 + 𝟑𝟐

5. Termómetros
• El termómetro es el instrumento utilizado para medir la
temperatura de un cuerpo, puede construirse con
mercurio alcohol o gas.
• Tipos de termómetros:
• Los termómetros mas conocidos son los de mercurio,
alcohol, de resistencia eléctrica, digitales, pirómetros, de
espectro.

6. Cero absoluto de temperatura
• El punto cero de una escala absoluta de temperatura,
representa una temperatura de -273 °C al cual se le
denomina “cero absoluto”.

7. Escalas absolutas de temperatura
• Escala kelvin: Esta escala es utilizada por el sistema
internacional de unidades (SI) para medir la temperatura,
donde la unidad fundamental del SI es el Kelvin.
• K = °C + 272
• Escala Rankine: Esta escala absoluta de temperatura
esta relacionada con la escala Fahrenheit.
• R = °F + 460

8. Dilatación de los cuerpos
• La dilatación se define como el cambio en las
dimensiones de un cuerpo debido al cambio en su
temperatura.
• Dilatación lineal: Es el incremento de longitud de una
varilla, una barra, etc. ∆𝑳 = 𝑳 𝟎 𝜶∆𝑻 ∆𝑳 = 𝑳 𝒇 − 𝑳 𝟎
• Dilatación superficial: Es el incremento de área de un
cuerpo. ∆𝑨 = 𝑨 𝟎 𝟐𝜶 ∆𝑻 ∆𝑨 = 𝑨 𝒇 − 𝑨 𝟎
• Dilatación volumétrica: Es el cambio de volumen que
experimenta un cuerpo (Sólido, líquido o gaseoso).
• ∆𝑉 = 𝑉0 3𝛼 ∆𝑇 ∆𝑉 = 𝑉𝑓 − 𝑉0 ∝= 𝐶𝑜𝑒𝑓. 𝑑𝑒 𝑑𝑖𝑙𝑎𝑡𝑎𝑐𝑖ó𝑛
• ∆𝑉 = 𝑉0 𝛽∆𝑇 𝛽 = 𝐶𝑜𝑒𝑓. 𝑑𝑒 𝑑𝑖𝑙𝑎𝑡𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚é𝑡𝑟𝑖𝑐𝑎

9. Coeficientes de dilatación
Sustancia α (10-5 /°C)
Aluminio 2.4
Latón 1.8
Concreto 0.7-1.2
Cobre 1.7
Vidrio (pyrex) 0.3
Hierro 1.2
Plomo 3.0
Plata 2.0
Acero 1.2
Zinc 2.6
Sustancia β (10-4 /°C)
Alcohol 11
Benceno 12.4
Glicerina 5.1
Mercurio 1.8
Agua 2.1

10. Concepto de calor
• Calor: Es una forma de energía que fluye de un cuerpo
caliente hacia un cuerpo frío.
• Unidades de calor:
• Caloría: Cantidad de calor necesaria para elevar en 1°C
la temperatura de 1 g de agua.
• Kilocaloría: Cantidad de calor para elevar en 1°C la
temperatura de 1 kg de agua

11. Equivalente mecánico del calor
• La conversión de unidades de energía mecánica con
unidades de calor, propuesta por el conde de Rumford es:
• 1 caloría = 4.186 joules
• 1 kcal = 4186 joules
• 1 BTU = 252 cal = 778 ft-lb

12. Capacidad calorífica
• La capacidad calorífica de un cuerpo, es la relación del
calor suministrado sobre la variación de la temperatura
del cuerpo.
• 𝑪 =
𝑸
∆𝑻
• 𝑄 = 𝐶𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑐𝑎𝑙
• ∆𝑇 = 𝑉𝑎𝑟𝑖𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑡𝑒𝑚𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎 (𝑇𝑓 − 𝑇0)
• 𝐶 = 𝐶𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑐𝑎𝑙𝑜𝑟í𝑓𝑖𝑐𝑎 ( 𝑐𝑎𝑙
°𝐶)

13. Calor específico
• El calor específico de un material, es la cantidad de calor
necesario para elevar un grado la temperatura de una
unidad de masa.
• 𝐶𝑒 =
𝑄
𝑚∆𝑇
• Q = Calor (cal)
• m= Masa del cuerpo (g)
• ΔT= Variación de temperatura
• Ce= Calor específico (cal/g°C)

14. Valores de calor específico
Sustancia Ce
(cal/g°C)
Ce
(Jl/kg°C)
Aluminio 0.22 920
Latón 0.094 390
Cobre 0.093 390
Alcohol 0.60 2500
Vidrio 0.20 840
Oro 0.03 130
Hielo 0.5 2300
Hierro 0.113 470
Plomo 0.031 130
Mercurio 0.033 140
Plata 0.056 230
Sustancia Ce
(cal/g°C)
Ce
(Jl/kg°C)
Vapor 0.48 2000
Acero 0.114 480
Trementina 0.42 1800
Zinc 0.092 390

15. Calorímetro
• Para medir la transferencia de calor entre un cuerpo
caliente y un cuerpo frío, se utiliza un calorímetro que
consta de un vaso metálico externo y un vaso metálico
externo aislados entre sí, para conformar un sistema
aislado del medio ambiente.
• 𝑄 𝑐𝑒𝑑𝑖𝑑𝑜 = 𝑄 𝑔𝑎𝑛𝑎𝑑𝑜 𝑇𝑒𝑞 =
(𝑚𝐶 𝑒 𝑇0) 𝑎𝑔𝑢𝑎+(𝑚𝐶 𝑒 𝑇0) 𝑣𝑎𝑠𝑜+(𝑚𝐶 𝑒 𝑇0) 𝑐𝑢𝑒𝑟𝑝𝑜
(𝑚𝐶 𝑒) 𝑎𝑔𝑢𝑎+(𝑚𝐶 𝑒) 𝑣𝑎𝑠𝑜+(𝑚𝐶 𝑒) 𝑐𝑢𝑒𝑟𝑝𝑜

16. Cambios de fase

17. Calor de combustión