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¡La universidad para todos!

¡La Universidad para todos!

Tema: DILATACION Y TEMPERATURA Docente: EBERARDO OSORIO ROJAS

Escuela Profesional INGENIERÍA AMBIENTAL

Periodo académico: 2019-2B Semestre: 01

Unidad: II

¡La universidad para todos!

TEMPERATURA Y DILATACION

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TEMPERATURA La temperatura es una magnitud referida a las nociones comunes de caliente, tibio, frío que puede ser medida, específicamente, con un termómetro. En física, se define como una magnitud escalar relacionada con la energía interna de un sistema termodinámico, definida por el principio cero de la termodinámica. Está relacionada directamente con la parte de la energía interna conocida como "energía cinética", que es la energía asociada a los movimientos de las partículas del sistema, sea en un sentido traslacional, rotacional, o en forma de vibraciones.

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TEMPERATURA •Es la medida cuantitativa de lo caliente ó frío que está un cuerpo. •Físicamente la temperatura mide el grado de vibración de las moléculas de un cuerpo ó sistema (grado de calentamiento) •A medida de que sea mayor la energía cinética de un sistema, se observa que éste se encuentra más "caliente"; es decir, que su temperatura es mayor.

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MEDIDA DE LA TEMPERATURA TERMÓMETRO.- Instrumento que sirve para determinar la temperatura alcanzada por un cuerpo. Ejemplo: – Termómetro de columna: Utiliza la dilatación de un cuerpo (Hg) ESCALAS DE TEMPERATURA – Escala centígrada ó Celsius: • Puntos de referencia: Congelamiento (0ºC) y ebullición del agua (100ºC). – Escala Fahrenheit: – Escala Kelvin: • Punto de referencia: Donde cesa todo movimiento de la naturaleza (0ºk = -273ºC)

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ESCALAS DE TEMPERATURA ºC

• • • •

ºF

ºK

100

212

373

0

32

273

-273

- 460

0

Relación entre las diferentes escalas: ºC ºF – 32 = 100 180

ºk – 273 = 100

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Convertir:

64 °F a °C y °K

ºF – 32

ºC

= 100 C 0 F − 32 = 100 180 0

ºk – 273

= 180

C 64 − 32 = 100 180

100

0

0

C = 17.77

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. Una persona, viajando por Inglaterra, se siente indispuesta y va al médico. Este tras revisarla, le informa que su temperatura axilar es de 100°F. ¿Cuál es su temperatura en grados Celsius? ¿Y en Kelvin? •

La relación entre la escala Celsius y la Fahrenheit es:

despejando obtenemos:

La temperatura expresada en Kelvin es:

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¿A que temperatura un termómetro graduado en grados Fahrenheit indica el mismo valor numérico que uno graduado en Escala Celsius?

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Se emplea un calentador de 500 W de potencia para calentar 1 L de agua, llevándola de los 20°C hasta los 100°C. Calcule el tiempo que debe estar funcionando el calentador, para realizar el proceso antes mencionado, si la energía calorífica disipada por el calentador es absorbida por el agua. La energía calorífica necesaria para lograr el incremento de temperatura es: “m” es la masa del cuerpo que en el S.I. se mide en kilogramos; “c” es el calor específico que se mide en Joule por kilogramo y por Kelvin (J / kg-K) y t es la variación de temperatura en Kelvin que es igual a la variación de T° en grados Celsius entonces la energía calorífica (calor) es expresada en Joule. El agua posee una densidad unitaria, 1 L de agua posee una masa de 1 kg y el calor específico del agua en el intervalo de temperatura especificado es 4187 J / kg-K. La energía calorífica es:

Potencia, es trabajo por unidad de tiempo por lo que el tiempo necesario para hacer llegar al agua a los 100°C es: 1Watt= 1 Joule/s

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Un recipiente metálico, que contiene 200 g de agua hirviendo a la presión atmosférica normal, se encuentra sobre un calefactor que suministra energía calorífica con una potencia de 500 W. a la temperatura de 38° C. Determinar el calor para evaporar 200 g de agua • •

•

Mientras el agua hierve, toda la energía captada es empleada para transformar el agua líquida en vapor. Energía que se le llama calor latente. El calor latente del agua a la presión atmosférica normal es 540 cal/g y la energía necesaria para evaporar una cierta masa de agua es:

El calor para evaporar 200 g de agua es:

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ESCALA CENTÍGRADA O CELSIUS El grado Celsius, (símbolo °C en texto plano), es la unidad creada por Anders Celsius (Suecia; 1701-1744) en 1742 para su escala de temperatura. El grado Celsius pertenece al Sistema Internacional de Unidades. Celsius definió su escala en 1742 considerando las temperaturas de ebullición y de congelación del agua, asignándoles originalmente los valores 0 °C y 100 °C respectivamente. En la actualidad el grado Celsius se define a partir del kelvin del siguiente modo:

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GRADO FAHRENHEIT El grado Fahrenheit (representado como °F) es una escala de temperatura propuesta por Daniel Gabriel Fahrenheit en 1724. La escala establece como las temperaturas de congelación y evaporación del agua, 32 °F y 212 °F, respectivamente. El método de definición es similar al utilizado para el grado Celsius (°C).

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OTROS TIPOS DE TERMÓMETROS TERMÓMETRO CLÍNICO. Es un instrumento de medición de temperatura. Desde su invención ha evolucionado mucho, principalmente a partir del desarrollo de los termómetros electrónicos digitales. Se fabricaron aprovechando el fenómeno de la dilatación, por lo que se prefería el uso de materiales con elevado coeficiente de dilatación, de modo que, al aumentar la temperatura, su estiramiento era fácilmente visible. El metal base que se utilizaba en este tipo de termómetros ha sido el mercurio, encerrado en un tubo de vidrio que incorporaba una escala graduada. Sirve para determinar la temperatura del cuerpo humano. Es un termómetro graduado de 35º a 42º.

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DILATACIÓN TÉRMICA •Es el aumento de longitud, volumen o alguna otra dimensión métrica que sufre un cuerpo físico debido al aumento de temperatura que se provoca en él por cualquier medio. Casi todos los sólidos se dilatan cuando se calientan, e inversamente se encogen al enfriarse. Esta dilatación es pequeña, pero sus consecuencias son importantes. Un puente de metal de 50 m. de largo que pase de 0° a 50° podrá aumentar unos 12 cm. de longitud; si sus extremos son fijos se engendrarán tensiones sumamente peligrosas. Por eso se suele montarlos sobre rodillos como muestra la ilustración.

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DILATACIÓN LINEAL

•Se define el coeficiente de dilatación lineal  como la variación relativa de longitud por unidad de variación de la temperatura

=

L / L L = T L.T .

L − L = LT 1

L1 = Longitud. final L = Longitud.inicial

 = Coeficiente.de.dilatacion.lineal T = var iacion..de..temperatur a

L = LT L1 = L(1 + T )

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Prob. Un alambre de 60 cm de longitud se dobla en forma circular dejando un vano entre sus extremos de 1 cm, se eleva uniformemente la temperatura del alambre en 100 °C, con lo cual dicha separación aumenta hasta 1.002 cm. ¿ Cual es el coeficiente de dilatación lineal del alambre?

L1 = L(1 + T )

1.002= 1.00(1+ T ) 1 cm

1.002= (1+ .100)

 = 2.10

−5

1 C

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DILATACIÓN SUPERFICIAL

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Un péndulo de reloj bate segundos a la temperatura de cero grados , en un lugar en que g=980.75 cm/s2, a) Se lleva este reloj a otro lugar en que la aceleración de la gravedad es g= 981 m/s2. . El reloj ¿Cuánto adelanta o atrasa por día siendo la temperatura la misma de cero grados?.

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=0.9998725 s

1 día = (1-0.9998725)(24)(3600)=11 s

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b) A que temperatura marcharía bien el reloj? El péndulo es de acero y su coeficiente de dilatación lineal es = 12x10-6 /°C

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¡Gracias!