El documento trata sobre conceptos básicos de calor y temperatura. Explica que la temperatura se origina en las ideas cualitativas de caliente y frío basadas en el sentido del tacto. Los termómetros son instrumentos confiables para medir la temperatura cuantitativamente. También define conceptos como contacto térmico y equilibrio térmico, y explica que dos objetos en equilibrio térmico están a la misma temperatura.

1. CALOR Y TEMPERATURA

2. El concepto de temperatura se origina en las ideas cualitativas de “caliente“ y
“frío” basadas en el sentido del tacto.
Nuestros sentidos no son confiables y originan confusión. Por ejemplo: si se
saca una bandeja metálica con hielo y un paquete de verduras congeladas del
freezer, la bandeja se siente más fría en las manos que la bolsa de vegetales,
pero los dos objetos están a la misma temperatura.
Esto se debe a que el metal es mejor conductor del calor que el cartón. Los
científicos han ideado varios tipos de termómetros; instrumentos confiables para
hacer mediciones cuantitativas de la temperatura.
Para entender el concepto de temperatura es útil definir dos conceptos de uso
frecuentes: el contacto térmico y el equilibrio térmico.

3. Contacto térmico:
Si se imaginan dos objetos colocados en un recipiente aislado, de modo que
interactúen uno con otro pero no con el resto del mundo. Si los objetos están a
diferente temperatura, se intercambia energía entre ellos. La energía intercambiada
entre los objetos, en virtud de una diferencia de temperatura entre los mismos se
denomina calor. Se dice que dos objetos están en contacto térmico uno con otro si
se puede intercambiar energía entre ellos.
Equilibrio térmico
Es la situación en la que dos objetos que están en contacto térmico dejan de tener
algún intercambio de energía.

4. EQUILIBRIO TERMICO

5. Se puede descubrir una importante propiedad del equilibrio térmico, considerando dos
objetos A y B , que no están en contacto térmico uno con otro, y un tercer objeto, C,
que actúa como termómetro.
Si los cuerpos A y B, por separado, están en equilibrio térmico con un
tercer cuerpo, C, entonces A y B estarán en equilibrio térmico uno con otro
si se ponen en contacto térmico.
Ley Cero de la Termodinámica o Ley del Equilibrio, que dice:
Se puede concebir la temperatura como la propiedad que determina si un objeto
está o no en equilibrio térmico con otros objetos. Dos objetos en equilibrio
térmico uno con otro están a la misma temperatura. En esto radica la utilidad de
los termómetros; un termómetro mide su propia temperatura, pero cuando está en
equilibrio térmico con otro cuerpo, las temperaturas deben ser iguales.
Este enunciado es muy importante ya que permite definir la temperatura

6. Termómetros
Un termómetro común de uso cotidiano se compone de una masa de un líquido
(normalmente mercurio o alcohol) que se expande en un tubo capilar de vidrio cuando
se calienta. En este caso la propiedad física es el cambio de volumen de un líquido, y
se puede definir cualquier cambio de temperatura como proporcional al cambio de
longitud de la columna líquida en el capilar.
Los termómetros son dispositivos que sirven para medir la temperatura de un sistema.
Partes de un termómetro:

7. Puntos fijos del Termómetro
Puntos fijos de un termómetro son estados térmicos perfectamente definidos que
sirven de base para establecer la escala termométrica. Ellos son los estados de
ebullición y de fusión de una sustancia que, por lo general es el agua.
Escalas Termométricas
Escala Celsius
Escala Fahrenheit
Escala Kelvin

8. Escala Celsius
Esta escala se usa tanto en la vida cotidiana como en la ciencia y en la
industria, en casi todo el mundo.
Punto fijo inferior: cero grado centígrado (en símbolos 0°C) y que equivale al
nivel alcanzado por el mercurio cuando adquiere el estado térmico del hielo en
fusión.
Punto fijo superior: cien grados centígrados (en símbolos 100°C), o sea, el nivel
alcanzado por el mercurio al adquirir el estado térmico de los vapores del agua en
ebullición.
Se divide en cien partes iguales la distancia que separa ambas marcas y cada
división se llama grado centígrado.

9. Escala Fahrenheit
Esta escala es usada en la vida cotidiana de EEUU.
Punto fijo inferior: cero grado (0°F), es el nivel al que llega el mercurio al alcanzar
el estado térmico de una mezcla frigorífica de hielo y cloruro de amonio, en partes
iguales.
Punto fijo superior: doscientos doce grados (212°F), es nivel alcanzado por el
mercurio al adquirir el estado térmico de los vapores del agua en ebullición.
La distancia que separa ambas marcas se la divide en 180 partes iguales. Cuando se
coloca el termómetro Fahrenheit en hielo al estado de fusión marca 32°F.

10. La relación entre las escalas de temperaturas Celsius y Fahrenheit es:
32
5
9
32
100
180
+=+= CCF TTT
donde
FT
CT
: Temperatura en grados Fahrenheit
: Temperatura en grados Celsius.

11. CK °−= 152730 , CK °=° 015273,
Las unidades tienen el mismo tamaño que las de la escala Celsius, pero el cero se
desplaza de modo que
y
, es decir:
Escala Kelvin
15273,+= CK TT
En el Sistema Internacional no se usa “grado” con la escala Kelvin. Una temperatura
ambiente común, 20°C, es 20+273,15=293,15K; se lee “293,15 kelvins”.
Kelvin con mayúscula se refiere a la escala, pero la unidad de temperatura es
el kelvin, con minúscula.

12. Relación entre las tres escalas
180
32º
100
273º
100
º −
=
−
=
FKC
dividiendo todo por 20
9
32º
5
273º
5
º −
=
−
=
FKC

13. Expansión térmica
En la descripción del termómetro se mencionó uno de los cambios que se producen en
una sustancia: a medida que aumenta la temperatura, su volumen también crece. Este
fenómeno, conocido como expansión térmica, desempeña un importante papel en
numerosas aplicaciones. Por ejemplo es necesario incluir uniones de expansión térmica
en los edificios, las carreteras de concreto y los puentes para compensar los cambios de
dimensiones debidos a las variaciones de temperatura.
Si la expansión térmica de un objeto es suficientemente pequeña en comparación
con las dimensiones iniciales del objeto, entonces el cambio en cualquier dirección
es proporcional a la primera potencia del cambio de temperatura.

14. EFECTOS DE LA TEMPERATURA
DILATACION
»LINEAL
»SUPERFICIAL
»VOLUMETRICA

15. TLL ∆=∆ 0α
DILATACIÓN LINEAL
0L 0TUna varilla tiene una longitud a una temperatura inicial .
T∆ L∆Si la temperatura cambia en , la longitud cambia en
.
( )000 TTLLL FF −=− α
( ) ( )TLTTLLL FF ∆+=−+= αα 10000
La longitud final luego de la dilatación lineal es:
α
α
( )
C
C
°
=° − 11
La constante que describe las propiedades de expansión térmica de un
material, se denomina coeficiente de expansión lineal.
.
Las unidades de son:

16. DILATACION LINEAL
L = Lo ( 1 + α. ∆T)

17. DILATACIÓN SUPERFICIAL:
Las dimensiones de un objeto cambian con la temperatura, se deduce que su
área también cambia.
0L
( )2
0000 LLxLA ==
Considérese un cuadrado cuyos lados son tienen una longitud inicial
y por lo tanto tiene un área inicial de
A medida que su temperatura se incrementa, la longitud de cada lado aumenta a:
TLLLF ∆+= 00 α
A0
AF
L0
LF
=FA ( ) ( ) TLL ∆+= 2
0
2
0 2α
TAAAF ∆+= 00 2α
TAAAA F ∆=−=∆ 00 2α
ó
El área final será:
La variación del área es:

18. DILATACIÓN CÚBICA
Es el aumento de volumen que sufre un cuerpo al aumentar su temperatura.
El aumento de volumen
será:
TVvVV F ∆=−=∆ 00 3α
V = Vo ( 1 + 3.α.∆T)

22. CANTIDAD DE CALOR
Si se introduce una cuchara fría dentro de una taza de café caliente, la cuchara se
calienta y el café se enfría para acercarse al equilibrio térmico. La interacción que
causa estos cambios de temperatura es una transferencia de energía de una
sustancia a otra. La transferencia de energía que ocurre sólo por una diferencia de
temperatura se llama flujo de calor o transferencia de calor, y la energía así
transferida se llama calor.

23. Es indispensable tener bien clara la diferencia de entre calor y temperatura
Calor siempre se refiere a energía en tránsito de un cuerpo o
sistema a otro a causa de una diferencia de temperatura. Se
puede cambiar la temperatura de un cuerpo quitándole o
agregándole calor.
La temperatura depende del estado físico del material y es
una descripción cuantitativa de su calidez o frialdad.

24. Se puede definir una unidad de cantidad de calor basada en el cambio de
temperatura de un material específico. Esta unidad es la mas usada se denomina
caloría (cal).
Dado que el calor es energía en tránsito, hay una relación entre las unidades
de energía y las de calor:
La caloría (cal) se define como la cantidad de calor necesaria para elevar la
temperatura de un gramo de agua d 14,5°C a 15,5°C .
Una unidad relacionada con la anterior, que también es muy usada, es la kilocaloría
(kcal), que es igual a 1000 calorías.
Las calorías de los regímenes alimentarios en realidad son kilocalorías.
1 cal = 4,186 J
1 kcal = 1000 cal = 4186 J

25. CALOR ESPECÍFICO
La cantidad de energía calorífica necesaria para elevar la temperatura de una masa
dada de una sustancia una cantidad determinada varía de una sustancia a otra.
El calor que se necesita para elevar la temperatura de 1 kg de agua en 1°C es de 1 cal,
pero el calor que se requiere para elevar la temperatura de 1 kg de cobre en 1°C es de
0,077 cal.
Cada sustancia requiere una cantidad de calor especial para cambiar la temperatura de
1 kg de la misma en 1°C, este número se conoce como el calor específico de la
sustancia.
Tm
Q
c
∆
=

26. A partir de esta definición se puede expresar el calor transferido desde un sistema
de masa m y su entorno, para un cambio de temperatura T∆, como:
TcmQ ∆=
Si la temperatura aumenta T∆ y Q se toman como valores positivos
Si la temperatura baja T∆ y Q son negativos fluye calor hacia fuera del sistema.
Fluye calor hacia el sistema
El agua tiene el calor específico más elevado de las sustancias que es
probable encontrar en condiciones ordinarias.

27. TRANSFERENCIA DE CALOR
La energía calorífica se puede transmitir de un lugar a otro de tres maneras
diferentes:
CONDUCCIÓN
CONVECCIÓN
RADIACIÓN

28. CONDUCCIÓN
Este mecanismo de transferencia ocurre dentro de un cuerpo o
entre dos cuerpos en contacto.
Si se sujeta una varilla de cobre y se coloca el otro extremo en una llama, el
extremo que se sostiene se calienta cada vez más, aunque no esté en contacto
directo con la llama. El calor llega la extremo más frío por conducción a través
del material.

29. • LA TRANSMISIÓN DEL CALOR POR
CONDUCCIÓN ES TÍPICA DE LOS
SÓLIDOS
Q
t1
t2

30. TA >>>TB

32. Si se transfiere una cierta cantidad Q de calor de un lugar de un objeto a otro
en el tiempo , ,la rapidez de transferencia de calor, H, también llamada
corriente de calor, se define:
t∆
t
Q
H
∆
=
s
J
w =1unidades
( )
e
TT
A
t
Q
H 21
.
−
=
∆
= λ
Se conduce calor sólo si existe una diferencia de temperatura entre dos partes del
medio conductor. Si se considera una losa de espesor “e” y área de sección
transversal A; si una de las caras se encuentra a temperatura T1 y la otra cara está a
una temperatura inferior, T2
Experimentalmente se tiene que la razón de flujo de calor, Q, por unidad de tiempo, t∆
es proporcional a la diferencia de temperatura T1 – T2 y el área A, e inversamente
proporcional al espesor de la losa.
λ Constante conductividad térmica
( )
e
TT 21 − gradiente de temperatura

33. CONVECCIÓN
Todos nos hemos calentado las manos alguna vez, sosteniéndolas sobre una
fogata, como indica la figura
el aire que está encima de la llama se calienta y se expande
Esta masa de aire caliente entibia las manos al fluir entre ellas. Se dice que el calor
transferido por el movimiento de una sustancia caliente se ha transmitido por
convección. Cuando el movimiento es producto de diferencias de densidad, como el
caso del aire que rodea una fogata , se describe como una convección natural.
Cuando un ventilador o una bomba obligan a la sustancia caliente a moverse, por
ejemplos algunos sistemas de calefacción de ambientes, el proceso se conoce como
convección forzada.

34. El mismo proceso se lleva a cabo cuando se calienta una habitación por medio de
un radiador. El radiador caliente eleva la temperatura del aire de las regiones bajas
de la habitación. El aire caliente se expande y sube al cielorraso. El aire más fríode
la parte alta toma el lugar del aire caliente y establecen el patrón de corriente de
aire continua.

36. CONVECCION

37. RADIACIÓN
La transferencia de calor por radiación depende de ondas electromagnéticas
como la luz visible, el infrarrojo y la radiación ultravioleta.
La radiación presenta una diferencia fundamental respecto a la conducción y la
convección: las sustancias que intercambian calor no tienen que estar en contacto,
sino que pueden estar separadas por un vacío. La radiación es un término que se
aplica genéricamente a toda clase de fenómenos relacionados con ondas
electromagnéticas.

38. RADIACION

39. RADIACION

40. COEFICIENTE DE TRANSMITANCIA
TOTAL K
Q = K.A.(t1 - t2)

41. • Q:Cantidad de calor que se transmite
(kcal/h)
• K: Coeficiente de transmitancia térmica
(kcal/h.m².°C). Según tablas.
• A: Area (m²).
• t1: Temp.del aire en la cara más caliente (°C).
• t2: Temp. del aire en la cara más fria (°C).
• Los coeficientes K para las construcciones
normales están tabulados por la Norma
IRAM 11.601, pero para muros especiales o
de características especiales deben
calcularse.

42. Resistencia térmica
Para hacer cálculos a fin de determinar si conviene o no agregar aislante a un cielo
interior o a alguna parte de un edificio, hay que hacer ciertas consideraciones:
•Las propiedades aislantes de los materiales que se utilizan
en las construcciones se expresan en las unidades usuales
de ingeniería, no en unidades del Sistema Internacional. Por
ejemplo, las medidas grabadas en un paquete de aislante de
fibra de vidrio están en unidades térmicas británicas, pies y
grados Fahrenheit.
•Cuando se trata de aislante de la construcción, se debe
considerar la conducción de calor a través de una losa
compuesta, en la que cada parte de la misma tiene un espesor
y una conductividad térmica diferentes. Por ejemplo, un muro
típico de una casa se compone de diversos materiales,
mampostería, revestimientos, etc.

43. DETERMINACIÓN DEL COEFICIENTE
DE TRANSMITANCIA TOTAL K
• Para el cálculo de transmitancia total K, se
emplea la siguiente fórmula:
• Se denomina resistencia total Rt a la
inversa de la Tramitancia Térmica, es
decir:
• Rt = 1/K