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• Marquiño Riveros Geronimo

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15/08/2014

TEMPERATURA Y DILATACION TERMICA Mg. Luis Carlos Moreno Fuentes

Copyright © agosto de 2014 por TECSUP

COMPETENCIAS DE LA CLASE Evaluar el efecto de la temperatura sobre los cuerpos.

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CONTENIDO • • • •

Termómetros: principios, escalas y equivalencias. Dilatación lineal, superficial y volumétrica Efecto de la temperatura sobre los cuerpos. Casos y aplicaciones profesionales

TEMPERATURA Es una magnitud escalar que mide el grado de agitación molecular o atómica. Se asume también que la temperatura mide la energía interna de un cuerpo. La temperatura NO mide el calor.

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En física, transferencia de energía de una parte a otra de un cuerpo, o entre diferentes cuerpos, en virtud de una diferencia de temperatura. El calor es energía en tránsito; siempre fluye de una zona de mayor temperatura a una zona de menor temperatura, con lo que eleva la temperatura de la segunda y reduce la de la primera, siempre que el volumen de los cuerpos se mantenga constante.

La energía no fluye desde un objeto de temperatura baja a un objeto de temperatura alta si no se realiza trabajo.

TERMOMETROS • Instrumentos analogicos o digitales que permiten medir la temperatura. • De mercurio • De gas • De alcohol

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Escalas prácticas o relativas Aquellas que se han diseñado basándose en los puntos de congelamiento y ebullición del agua y son : -Escalas centígradas o Celsius (ºC) -Escalas Fahrenheit o inglesa (ºF)

Escalas absolutas

Anders Celsius

Aquellas diseñadas basándose a la temperatura cero absoluto -Escalas Kelvin (K) -Escalas Rankine (ºR)

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CERO ABSOLUTO Aquel en el cual cesa toda vibración molecular, vale decir, es la temperatura a la cual la presión de un gas se anula. Se ha calculado que corresponde a -273.15 ºC

Escalas Termométricas

Conversión de escalas: TC TK  273.15 TF  32   5 5 9

Applet conversion

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Comparación de escalas

Divisiónes de las escalas termométricas

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Termometro de gas El principio de un termómetro de gas a volumen constante muestra que la presión del gas aumenta con el incremento de la temperatura. Para calibrar dicho termómetro, medimos la presión de dos temperaturas patrones como 0° C y 100° C, graficamos esos puntos y trazamos una recta entre ellos. Así se podrá leer la temperatura correspondiente a cualquier presion

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Al calentarse (enfriarse) el gas, la presión aumenta (disminuye) y la altura de la columna de mercurio aumenta (disminuye). El cambio de temperatura puede determinarse a partir del cambio en la presión. Si se supone que la variación de temperatura T con la presión P es lineal, se puede escribir: T = aP + b donde a y b son constantes, que se pueden determinar a partir de dos puntos fijos, tales como los puntos de hielo y vapor.

Producto Puro Solidificación agua Ebullición Agua Ebullición Clorobenzeno Ebullición Naftalina Fusión de Estaño Fusión del Plomo Ebullición del Mercurio

Temperatura a 1 atm. 0ºC 100ºC 132ºC 217,96ºC 231,9ºC 327,3ºC 356,95ºC

Fusión del Zinc

419,4ºC

Ebullición del Azufre

444,6ºC

Solidificación Antimonio

630,5ºC

Fusión Aluminio

658ºC

Solidificación aleación Ag y Cu (72% Ag, 28% Cu)

779ºC

Ebullición Zinc

907ºC

Fusión Plata

960ºC

Fusión Cobre

1083ºC

Fusión Níquel

1455ºC

Fusión Fierro

1530ºC

Fusión Platino

1773ºC

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Aplicaciones 1. La temperatura normal del cuerpo es de 98,6ºF. ¿A cuanto equivale esto en la escala Celsius? Solución:

TC TF  32  5 9 5(T  32) TC  F 9 5(98.6  32) TC  9 TC  37C

Más Aplicaciones • 2. El punto de ebullición del azufre es 444,5ºC. ¿Cuál es la temperatura correspondiente en ºF? 0 0 0 Solution t F  9 5 tC  32  9 5 (444.5 )  32 ;

tF = 8320 F

• 3. El punto de ebullición del O2 es -297,35 ºF. ¿Cuál es la temperatura correspondiente en ºC y K? Solution • tC = 5/9 (tF-32); tC =-1830C • T = tC + 2730 = -1830C + 2730; T = 90.0 K

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• 4. El oro se funde a 1336ºK. ¿Cuál es la temperatura correspondiente en ºC y ºF? • 5. Una pared de ladrillos térmicos tiene una temperatura interior de 313ºF y una exterior de 73ºF. Exprese la diferencia entre las dos temperaturas en ºC y ºK. • 6. ¿A que temperatura, los valores en las escalas centígrada y Fahrenheit coinciden? • 7. ¿A que temperatura, las dos escalas ºC y ºF tienen el mismo valor numérico, pero signos opuestos?

• 8. A un aleación de cobre se retira de un horno a 200ºC y se enfría a 20ºC. Exprese el cambio de temperatura en grados Fahrenheit. • 9. Supóngase que se desea pasar a la historia al establecer su propia escala de temperaturas. Usted seleccione el punto de ebullición de la acetona (56,5ºC) como su punto fijo inferior y el punto de ebullición del azufre (444,5ºC) como su punto fijo superior. Le da el nombre de “escala de Mentius” y se divide en 100 graduaciones. Por lo tanto, 0ºM = 56,5ºC y 100ºM = 444,5ºC. ¿Cuál es la relación entre un grado Mentius y un grado denigrado?, ¿Cuál es el cero absoluto en grados mentius?

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• 10. ¿Para que temperatura en ºC se cumplirá la siguiente relación: K = 2F? • 11. ¿A que temperatura en grados kelvin se verifica que las lecturas en la escala centígrada y Fahrenheit satisfacen la siguiente relación: C + F = 60? • 12. A un cuerpo que estaba a 10ºC se le incremento su temperatura en 18ºF ; luego se le disminuyo en 5ºK, y finalmente se le incremento en 36ºR. ¿Cuál sera su temperatura final en ºC? • 13. En un termómetro malogrado cuya escala esta en ºF el agua hierve a 178ºF. ¿A que temperatura debe congelar el agua en dicho termómetro.

• 14. Una escala termométrica absoluta Q marca 160ºQ para -43ºC. Para una sustancia que inicialmente estaba 16ºF y que experimenta un calentamiento de 80ºQ. ¿Cuál será su temperatura final en ºF? • 15. Se tienen dos escalas termométricas A y B, de tal modo que el agua hierve a 240ºA y 180ºB. Si al aumentar la temperatura en 1ºA equivale a aumentar esta en 1,5ºB, calcular a que temperatura coinciden las escalas A y B. • 16. Se tiene una escala termométrica absoluta X, y se sabe que el agua hierve a 746ºX. ¿A cuantos grados X hierve el calcio, si su punto de ebullición es 1480ºC?

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Dilatación, Expansión Térmica

DILATACION TERMICA Es un fenómeno por el cual los cuerpos aumentan sus dimensiones en todas direcciones. Dilatación lineal.- Es el aumento en longitud. L = L0 (1 + α ΔT) Dilatación superficial.- Es el aumento en área. S = S0 (1 +  ΔT) Dilatación volumétrica.- Es el aumento en volumen. V = V0 (1 +ΔT) α, , β

son coeficientes de dilatación

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Dilatación lineal

Dilatación lineal

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Dilatación Superficial

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Escritura =1.2x10-5 / °C

ó

=1.2x10-5 °C-1

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