8. temperatura y energía termica

COMPETENCIAS A DESARROLLAR

CALOR Y TEMPERATURA

Realizar conversiones de una escala termométrica a otra y comprender el funcionamiento de los diferentes tipos de termómetros.Aplicar los conceptos de dilatación lineal, superficial y volumétrica en diversas situaciones.

Temperatura y Energía Térmica

La energía Térmica; representa la energía interna total de un objeto: la suma de sus energías moleculares potencial y cinética.

Cuando dos objetos con diferentes temperaturas se ponen en contacto, se transfiere energía del uno al otro, a este proceso lo llamamos equilibrio térmico.

Los cambios en la energía térmica no se pueden explicar en simples términos de la mecánica clásica, a esta propiedad la llamamos temperatura

Ejemplo gráfico

se define como la transferencia de energía térmica, debido a una diferencia de temperatura.

Calor;

Ejemplo gráfico para diferenciar Temperatura de energía Térmica

Medición de la Temperatura

Por lo general la temperatura se mide con cierta cantidad mecánica, óptica o eléctrica que varía con la temperatura.El termómetro; es un dispositivo, que mediante una escala graduada, indica su propia temperatura.

Para construir un termómetro, es necesario dos requisitos; el primero es una propiedad termométrica X que varía con la temperatura T. si la variación es lineal, podemos escribir:

T=kX, donde k es una cosntante de proporcionalidad.

El segundo requisito, es establecer una escala de temperatura; las primeras escalas se basaron en la selección de puntos fijos superiores e inferiores.Punto Inferior: Punto de congelaciónPunto superior: Punto de Ebullición.

La Escala de Temperatura.

La escala más usada por los grupos científicos fue la ideada por el sueco Anders Celsius (1701-1744), se originó de forma arbitraria el número cero (0) al punto de congelación y el número 100 al punto de ebullición.

Relación entre la escala Celsius y escala Fahrenheit

Si relacionamos estas dos escalas, observamos que a 0⁰C y 100⁰C, le corresponden 32⁰F y 212⁰F, respectivamente.

Realizando la siguiente experiencia, podemos comprobar: 100C⁰=180F⁰ ó 5C⁰=9F⁰

Ecuación o factor de conversión.

Comparación entre las escalas Fahrenheit y Celsius.

Aplicando razones y proporciones a la anterior experiencia, tenemos:

180

32

100

0

Fc TT

Al simplificar y resolver para T, tenemos:

ó bien al resolver para TF, tenemos:

Durante un período de 24 h; un riel de acero cambia de temperatura de 20⁰F por la noche a 70⁰F al medio día. Exprese estos límites de temperatura en grados celsius.

Primero hay que reconocer que tales límites constituyen un intervalo de temperatura, no una temperatura específica. Luego determine esos límites en F⁰ y luego convierta en C⁰ tras reconocer que un intervalo de 5C⁰ es el mismo que 9F⁰.

El intervalo de temperatura en de F⁰ es:

Para convertir el intervalo a grados Celsius, elegimos el factor de conversión que permite cancelar las unidades Fahrenheit. O sea:

Una escala de temperatura absoluta tiene el cero absoluto de temperatura como su punto cero. Esta escala fue propuesta por Lord Kelvin (1824-1907). Esta escala ha sido adoptado por el sistema métrico internacional (SI) como la unidad básica para medir la temperatura.

El intervalo sobre la escala Kelvin representa el mismo cambio de temperatura que el grado Celsius. Por tanto, un intervalo de 5K(se lee: «cinco Kelvins») es exactamente igual a 5C⁰

La escala Kelvin se relaciona con la escala Celsius mediante la fórmula: