Temperatura

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Temperatura

• Integrantes Cristóbal Abarca
• Alejandro Valdés
• Pedro Vásquez
• Profesor Julio Naranjo
• Asignatura Plan diferenciado de física

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Temperatura

• Introducción
• Toda la materia (sólida, liquida y gaseosa) se
  compone de átomos y moléculas en continua
  agitación. En virtud de este movimiento
  aleatorio, los átomos y las moléculas de la
  materia tienen energía cinética. La energía
  cinética promedio de estas partículas
  individuales causa un efecto que podemos
  percibir el calor. Siempre que un objeto se
  calienta aumenta su energía cinética de sus
  átomos o moléculas.
• La cantidad que nos dice qué tan caliente o que
  tan frió está un objeto en comparación con una
  referencia es la temperatura.
• La experiencia muestra que dos objetos a
  temperaturas iniciales diferentes cuando se ponen
  en contacto uno con otro, al pasar el tiempo
  alcanzarán una temperatura intermedia

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Equilibrio Térmico

• Cuando los objetos que están en contacto térmico
  alcanzan la misma temperatura, ya no fluye calor
  entre ellos, decimos que los objetos están en
  equilibrio térmico.
• La energía intercambiada entre objetos, gracias a
  una diferencia de temperatura, recibe el nombre
  de calor.
• Dos objetos se encuentran en contacto térmico
  entre si, cuando pueden intercambiar calor entre
  ellos.
• Ejemplo Cuando dejas que un queque recién hecho,
  se enfrié a temperatura ambiente, lo que esta
  ocurriendo es un equilibrio térmico entre el
  queque y el aire, en este caso el aire se
  calienta y el queque se enfría.

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Equilibrio Térmico

• Ejercicio
• Se mezcla una cierta cantidad de agua a 90ºC con
  el triple de cantidad de leche a 30ºC. La
  temperatura de equilibrio de la mezcla no puede
  tener el valor de
• 25ºC
• 40ºC
• 60ºC
• 70ºC
• 80ºC

Respuesta A Porque la temperatura de
equilibrio no puede estar fuera del rango de las
temperaturas iniciales de los cuerpos. La única
que esta fuera del rango 30ºC 90ºC es 25ºC.
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Escala Termométrica

• Es la escala de temperatura de uso mas extendido,
  la escala internacional, se asigna el numero 0 a
  la temperatura a la cual el agua se congela, y el
  numero 100 a la temperatura a la cual el agua
  hierve (a la presión de una atmósfera). El
  intervalo entre el punto de congelación y de
  ebullición se divide en 100 partes iguales
  llamadas grado. Esta escala de temperatura es la
  escala Celsius.
• En la escala de temperatura que es de uso común
  en Estados Unidos el numero 32 designa la
  temperatura de congelación del agua, y se asigna
  el numero 212 a la temperatura de ebullición del
  agua. Esta escala de temperatura se conoce como
  escala Fahrenheit. Esta escala se hará obsoleta
  si Estados Unidos adopta el sistema métrico.
• ºF 9/5 ºC 32
  ºC 5/9 (ºF 32)

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Escala Termométrica

• La escala que se emplea en la investigación
  científica es la del SI la escala Kelvin. Sus
  grados son del mismo tamaño que los grados
  Celsius y se llaman Kelvin. En la escala Kelvin
  el numero 0 se asigna a la temperatura mas baja
  posible el cero absoluto. A la temperatura del
  cero absoluto las sustancias ya no tienen energia
  cinetica que ceder. El 0 de la escala Kelvin, o
  cero absuluto, corresponde a -273º en la escala
  Celsius.
• ºK 273 ºC

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Escala Termométrica
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Escala Termométrica

• Ejercicio
• 2) El termostato de un calefactor está ajustado
  para una temperatura de 293ºK en el invierno. A
  cuánto habría que ajustarlo si utilizamos la
  escala Celsius?.
• -20ºC
• -10ºC
• 0ºC
• 10ºC
• 20ºC

Respuesta E La formula de conversion entre la
escala Celcius y la de Kelvin viene dada por ºC
ºK 273 Reemplazando los datos, ºC 293 273
--------gt ºC 20ºC
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Termómetro

• El termómetro más conocido es el de líquido de
  mercurio o alcohol coloreado, que se compone de
  un tubo capilar (vidrio) ensanchado en su extremo
  inferior. Al aumentar la temperatura en el
  termómetro se expande el líquido, (el tubo de
  vidrio también se expande, pero muy poco, por lo
  que es despreciable) ascendiendo por el capilar.
  Por otra parte si disminuye la temperatura del
  termómetro, el líquido se contraerá,
  produciéndose un descenso del líquido.

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Tipos de Termómetros

• En física se utilizan varios tipos de
  termómetros, según el margen de temperaturas a
  estudiar o la precisión exigida. Todos se basan
  en una propiedad termométrica de alguna
  sustancia que cambia continuamente con la
  temperatura (como la longitud de una columna de
  líquido o la presión de un volumen constante de
  gas).
• Termómetros más usados
• Los de mercurio pueden funcionar en la gama que
  va de -39C (punto de congelación del mercurio) a
  357C (su punto de ebullición), con la ventaja de
  ser portátiles y permitir una lectura directa. No
  son, desde luego, muy precisos para fines
  científicos.
• El termómetro de gas de volumen constante es muy
  exacto, y tiene un margen de aplicación
  extraordinario desde - 27C hasta 1477C. Pero
  es más complicado, por lo que se utiliza más bien
  como un instrumento normativo para la graduación
  de otros termómetros.

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Tipos de Termómetros

• Termómetro de resistencia Consiste en un alambre
  de platino cuya resistencia eléctrica cambia
  cuando cambia la temperatura.
• Termopar Un termopar es un dispositivo utilizado
  para medir temperaturas basado en la fuerza
  electromotriz que se genera al calentar la
  soldadura de dos metales distintos.
• Pirómetro Los pirómetros se utilizan para medir
  temperaturas elevadas.
• Termómetro de lámina bimetálica Formado por dos
  láminas de metales de coeficientes de dilatación
  muy distintos y arrollados dejando el de
  coeficiente más alto en el interior. Se utiliza
  sobre todo como censor de temperatura en el
  termohigrógrafo.
• Digitales Incorporan un microchip que actúa en
  un circuito electrónico y es sensible a los
  cambios de temperatura ofreciendo lectura directa
  de la misma.

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Tipos de Termómetros
Termómetros especiales Para medir ciertos
parámetros se emplean termómetros modificados,
tales como El termómetro de globo para medir
la temperatura radiante. Consiste en un
termómetro de mercurio que tiene el bulbo dentro
de una esfera de metal hueca, pintada de negro
humo. La esfera absorbe radiación de los objetos
del entorno más calientes que el aire y emite
radiación hacia los más fríos, dando como
resultado una medición que tiene en cuenta la
radiación. Se utiliza para comprobar las
condiciones de comodidad de las personas.
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Tipos de Termómetros

• El termómetro de bulbo húmedo para medir el
  influjo de la humedad en la sensación térmica.
  Junto con un termómetro ordinario forma un
  psicrómetro, que sirve para medir humedad
  relativa, tensión de vapor y punto de rocío. Se
  llama de bulbo húmedo porque de su bulbo o
  depósito parte una muselina de algodón que lo
  comunica con un depósito de agua. Este depósito
  se coloca al lado y más bajo que el bulbo, de
  forma que por capilaridad está continuamente
  mojado.

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Tipos de Termómetros
Los termómetros de máximas y mínimas son
termómetros usados en meteorología para detectar
la temperatura más alta y más baja del día. Tiene
forma de U en su interior lleva dos líquidos
mercurio y alcohol. En su interior lleva un
índice de acero en cada rama que permite deja
indicada la máxima y la mínima temperatura
alcanzada en cierto lapso.
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Termómetro Médico

• Gran invención de Thomas Clifford Alibott en
  1867.
• Es un instrumento en la que un dispositivo entre
  la ampolla y el capilar de vidrio permite que el
  mercurio se expanda al subir la temperatura, pero
  impide que baje a menos que se sacuda con
  fuerzas.
• Uso Primero debe desinfectarse con agua, jabón y
  alcohol para luego sacudirlo hasta que alcance
  los 34º centígrados y después colocarlo en las
  axilas, en la boca (de preferencia) o también
  puede ser por vía rectal, manteniéndolo por unos
  5 minutos.
• Finalmente se debe realizar la lectura del
  termómetro a la altura de los ojos con la banda
  de color al lado opuesto y busque una franja
  plateada que sale desde la ampolla hasta el punto
  que marca la temperatura. (La Tº mínima del
  cuerpo es 36.25ºC y la máxima es entre 38º y 39º
  C, por sobre de 41ºC puede causar graves daños).

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Dilatación Térmica

• La dilatación térmica corresponde al efecto de
  que las sustancias se "agrandan" al aumentar la
  temperatura. En objetos sólidos, la dilatación
  térmica produce un cambio en las dimensiones
  lineales de un cuerpo, mientras que en el caso de
  líquidos y gases, que no tienen forma permanente,
  la dilatación térmica se manifiesta en un cambio
  en su volumen.
• Tipos de Dilatación
• Dilación Lineal
• Dilatación volumétrica
• Dilatación superficial La dilatación superficial
  se refiere a la variación de superficie que
  experimentan planchas metálicas, baldosas,
  vidrios de ventanas, discos, etc.

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Dilatación Lineal

• Consideremos primero la dilatación térmica de un
  objeto sólido, cuyas dimensiones lineales se
  pueden representar por Li , y que se dilata en
  una cantidad ?L. Experimentalmente se ha
  encontrado que para casi todas las sustancias y
  dentro de los límites de variación normales de la
  temperatura, la dilatación lineal ?L es
  directamente proporcional al tamaño inicial Li y
  al cambio en la temperatura ?t, es decir
• ?L ? Li ?t
• Donde ? se llama coeficiente de dilatación lineal
  (variación de longitud que experimenta una barra
  en 1cm, 1m, 1 pie, etc. cuando la temperatura
  varia 1ºC) y que es característico para cada
  sustancia. cuya unidad es el recíproco del grado,
  es decir

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(No Transcript)
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Dilatación Volumétrica

• La dilatación térmica de un líquido o un gas se
  observa como un cambio de volumen ?V en una
  cantidad de sustancia de volumen Vi, relacionado
  con un cambio de temperatura ?t. En este caso, la
  variación de volumen ?V es directamente
  proporcional al volumen inicial Vi y al cambio de
  temperatura ?t, para la mayor parte de las
  sustancias y dentro de los límites de variación
  normalmente accesibles de la temperatura, es
  decir
• ?V ß Vi ?t
• Donde ß se llama coeficiente de dilatación
  volumétrica, medida en la misma unidad que el
  coeficiente de dilatación lineal.
• ß3 ?
• Coeficiente de dilatación superficial
• ?2?

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Ejemplos de Dilatación

• Como ya sabemos cuando la temperatura de una
  sustancia aumenta, sus moléculas se agitan más
  aprisa y normalmente tiende a separarse. Esto da
  como resultado la expansión de la sustancia.
• Si las aceras de concreto y el pavimento de las
  carreteras se tendiesen como una pieza continua,
  se formarían grietas a causa de la expansión y la
  contracción ocasionales por las diferencias de
  temperatura que sufre durante el día y durante
  las estaciones del año.
• Los rieles de ferrocarril están separados una
  cierta distancia una de otra, debido a que sufren
  expansión y contracción al igual que todas las
  sustancias. Por eso en el invierno a los trenes
  se les nota más los saltos que dan, por que los
  rieles sufrieron contracción, y en verano se
  notan menos los saltos, porque la distancia de
  los rieles es mas corta debido a la expansión que
  sufren.

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Expansión del agua

• Casi todos los líquidos se expanden al
  calentarse. El agua helada, no obstante, hace
  todo lo contrario!. El agua a la temperatura de
  fusión, o sea 0ºC (o 32ºF), se contrae cuando la
  temperatura aumenta. Conforme se calienta y su
  temperatura se eleva, el agua continua
  contrayéndose hasta que alcanza una temperatura
  de 4ºC. Si la temperatura continua aumentando, el
  agua comienza a expandirse la expansión prosigue
  hasta el punto de ebullición (100ºC).
• Esto significa que entre los 0ºC y los 4ºC el
  agua al calentarse se contrae, o sea que ocupa un
  volumen menor y por lo tonto tiene una mayor
  densidad.

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Ejercicios

• 1.Para aflojar la tapa de un frasco de mermelada,
  generalmente se coloca la tapa bajo un chorro de
  agua bien caliente. En cuál de los siguientes
  fenómenos físicos se basa dicho efecto?.
• Conducción
• Contracción
• Convecino
• Dilatación
• Presión

Respuesta D LA dilatación es la alternativa
correcta, gracias a este fenómeno se expande la
tapa y se logra abrir.
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Ejercicios

• 2.Lorena toma una ducha fría en un día caluroso
  de verano. Después de algunos minutos de salir de
  la ducha tiene una sensación de calor debido a
  que
• se produjo un flujo de calor desde su cuerpo
  hasta el agua de la ducha.
• se produjo un flujo de calor del medio hacia su
  cuerpo.
• su cuerpo está a más alta temperatura que el
  medio cuando sale de la ducha.
• se produjo un flujo de calor desde su cuerpo
  hacia el medio, debido a que el día es caluroso.
• el medio está a menor temperatura que se cuerpo
  cuando éste sale de la ducha.

Respuesta B Se produjo un flujo de calor del
medio hacia su cuerpo.
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Ejercicios

• 3.El termostato de un calefactor está ajustado
  para una temperatura de 65ºF en el invierno del
  hemisferio norte. A cuánto habría que ajustarlo
  si utilizamos la escala Celsius del hemisferio
  sur?.
• a 10º
• a 19º
• 22.4º
• a 27º
• 18.3º

Respuesta E ºC (ºF 32) 5/9
ºC 165/9 ºC (65 32) 5/9 ºC
18.3ºC ºC 33 5/9
25
Ejercicios

• 4.El Coeficiente de dilatación lineal de un metal
  es 10-5 ºC-1. Esto significa que cuando la
  temperatura de una barra de 1 m de largo de
  este metal suba en 100ºC, su dilatación lineal
  será
• 1 cm
• 1 mm
• 0,1 mm
• 0,001 mm
• 10-6 m

Respuesta B
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Ejercicios

• 5.La temperatura de un día cualquiera de verano,
  en santiago, fue 34ºC la maxima y 8ºC la
  minima. El rango de temperatura en kelvin y
  fahrenheit para ese día fue, respectivamente
• 93,2 ºK y 46,8 ºF
• 26,0 ºK y 78,8 ºF
• 46,8 ºK y 78,8 ºF
• 26,0 ºK y 46,8 ºF
• 14,8 ºK y 26,0 ºF

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Ejercicios
Respuesta D --------gt 26.0 ºK y 46,8
ºF ºKM 273 ºC ºKm 273
ºC ?K 307 ºK 281 ºK ºKM
273 34 ºKm 273 8
?K 26 ºK ºKM 307 ºK
ºKm 281 ºC

• ºFM 9/5 ºC 32 ºFm 9/5 ºC
  32 ?F 93,2 ºF 46,4 ºF
• ºFM 9/5 34 32 ºFm 9/5 8 32
  ?F 46,8 ºF
• ºFM 306/5 32 ºFm 72/5 32
• ºFM 93,2 ºF ºFm 46,4 ºF

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Ejercicios

• 6.Un material sólido de 20 m de largo, luego de
  ser sometido a una variación de temperatura desde
  167 ºF a 268 ºK experimentó una contracción
  de 8 cm. Cuál debe ser su coeficiente de
  dilatación lineal en ºC-?.
• 1 10
• 5 10
• 15
• 21
• 50

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Ejercicios

• Respuesta B ---------gt 5 10

?t 75 ºC (-5) ºC ?t 80 ºC
ºCf ºK 273 ºCf 268 273 ºCf -5 ºC
ºCi 5/9 (ºF 32) ºCi 5/9 (167 32) ºCi
5/9 135 ºCi 675/9 ºCi 75 ºC
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Ejercicios

• 7.Al aumentar la temperatura del liquido de 0ºC
  a 4ºC, su volumen disminuye. Esta afirmacion se
  refiere
• a cualquier liquido.
• al agua.
• al oro en estado liquido.
• al agua, pero solo en condiciones de laboratorio.
• al cobre.

Respuesta B Esta afirmación se refiere al agua
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Ejercicios

• 8.A qué temperatura en la escala Celsius es
  igual a la medida en la escala Fahrenheit?
• -50º
• -40º
• 40º
• 50º
• no existe tal temperatura.

Respuesta B ºC (ºF 32) 5/9 9x (5x
160) x -160/4 x (x 32) 5/9
9x 5x -160 x -40º x (5x 160)/9
4x -160
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Ejercicios

• 9.De las siguientes afirmaciones
• 0ºC corresponde a 32ºF
• El punto de ebullición del agua en condiciones
  normales corresponde a 373ºK
• 176ºF corresponden a 80ºC
• Es(son) verdadera(s)
• Sólo I
• Sólo II
• Sólo III
• Sólo I y II
• Todas ellas

Respuesta E ºC 5/9 (ºF 32) ºC 5/9 (176
32) ºC 5/9 144 ºC 720/9 ºC 80ºC