Percepción de la temperatura calor

PERCEPCION DE LA TEMPERATURA CALOR. ¿CALIENTE O FRIO?
EXPERIENCIA Nº04
I.- OBJETIVOS
• Experimentar la sensación caliente /frió.
• Estudiar la relación entre las temperaturas de un cuerpo sumergido en agua frÃ−a y en agua caliente.
II.- EQUIPOS / MATERIALES
1 Equipo de calentamiento 1Clamp
1 Soporte universal 2 Varillas de soporte metálica
1Nuez doble 1 Cronometro
1 Vaso de precipitados, 100ml 1 Vaso de precipitados, 400ml
1 Vaso de precipitados, 250ml 1 Matraz Erlenmeyer, 100ml
2 Termómetros (-10, +110ºc) 1 Paño absorbente
Papel milimetrado agua potable
III.- FUNDAMENTO TEORICO
Calor
Representa la cantidad de energÃ−a que un cuerpo transfiere a otro como consecuencia de una diferencia de
temperatura entre ambos. El tipo de energÃ−a que se pone en juego en los fenómenos calorÃ−ficos se
denomina energÃ−a térmica. El carácter energético del calor lleva consigo la posibilidad de
transformarlo en trabajo mecánico. Sin embargo, la naturaleza impone ciertas limitaciones a este tipo de
conversión, lo cual hace que sólo una fracción del calor disponible sea aprovechable en forma de trabajo
útil.
Las ideas acerca de la naturaleza del calor han variado apreciablemente en los dos últimos siglos. La teorÃ−a
del calórico o fluido tenue que situado en los poros o intersticios de la materia pasaba de los cuerpos
calientes en los que supuestamente se hallaba en mayor cantidad a los cuerpos frÃ−os, habÃ−a ocupado un
lugar destacado en la fÃ−sica desde la época de los filósofos griegos. Sin embargo, y habiendo alcanzado
a finales del siglo XVIII su pleno apogeo, fue perdiendo credibilidad al no poder explicar los resultados de los
experimentos que cientÃ−ficos tales como BenjamÃ−n Thomson (1753-1814) o Humphrey Davy
(1778-1829) realizaron.Una vieja idea tÃ−midamente aceptada por sabios del siglo XVII como Galileo
Galilei o Robert Boyle resurgió de nuevo.
El propio Thompson (conde de Rumford), según sus propias palabras, aceptó la vuelta a aquellas «viejas
doctrinas que sostienen que el calor no es otra cosa que un movimiento vibratorio de las partÃ−culas del
cuerpo».
Las experiencias de Joule (1818-1889) y Mayer (1814-1878) sobre la conservación de la energÃ−a,
apuntaban hacia el calor como una forma más de energÃ−a. El calor no sólo era capaz de aumentar la
1
temperatura o modificar el estado fÃ−sico de los cuerpos, sino que además podÃ−a moverlos y realizar un
trabajo.
Las máquinas de vapor que tan espectacular desarrollo tuvieron a finales del siglo XVIII y comienzos del
XIX eran buena muestra de ello. Desde entonces las nociones de calor y energÃ−a quedaron unidas y el
progreso de la fÃ−sica permitió, a mediados del siglo pasado, encontrar una explicación detallada para la
naturaleza de esa nueva forma de energÃ−a, que se pone de manifiesto en los fenómenos calorÃ−ficos.
Calor especÃ−fico
Cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de una unidad de masa de una sustancia en un grado.
En el Sistema Internacional de unidades, el calor especÃ−fico se expresa en julios por kilogramo y kelvin; en
ocasiones también se expresa en calorÃ−as por gramo y grado centÃ−grado. El calor especÃ−fico del agua
es una calorÃ−a por gramo y grado centÃ−grado, es decir, hay que suministrar una calorÃ−a a un gramo de
agua para elevar su temperatura en un grado centÃ−grado.
De acuerdo con la ley formulada por los quÃ−micos franceses Pierre Louis Dulong y Alexis Thérèse
Petit, para la mayorÃ−a de los elementos sólidos, el producto de su calor especÃ−fico por su masa atómica
es una cantidad aproximadamente constante. Si se expande un gas mientras se le suministra calor, hacen falta
más calorÃ−as para aumentar su temperatura en un grado, porque parte de la energÃ−a suministrada se
consume en el trabajo de expansión. Por eso, el calor especÃ−fico a presión constante es mayor que el calor
especÃ−fico a volumen constante.
Transferencia de Calor
En fÃ−sica, proceso por el que se intercambia energÃ−a en forma de calor entre distintos cuerpos, o entre
diferentes partes de un mismo cuerpo que están a distinta temperatura. El calor se transfiere mediante
convección, radiación o conducción. Aunque estos tres procesos pueden tener lugar simultáneamente,
puede ocurrir que uno de los mecanismos predomine sobre los otros dos. Por ejemplo, el calor se transmite a
través de la pared de una casa fundamentalmente por conducción, el agua de una cacerola situada sobre un
quemador de gas se calienta en gran medida por convección, y la Tierra recibe calor del Sol casi
exclusivamente por radiación.
Conducción
En los sólidos, la única forma de transferencia de calor es la conducción. Si se calienta un extremo de una
varilla metálica, de forma que aumente su temperatura, el calor se transmite hasta el extremo más frÃ−o
por conducción. No se comprende en su totalidad el mecanismo exacto de la conducción de calor en los
sólidos, pero se cree que se debe, en parte, al movimiento de los electrones libres que transportan energÃ−a
cuando existe una diferencia de temperatura.
Convección Si existe una diferencia de temperatura en el interior de un lÃ−quido o un gas, es casi seguro
que se producirá un movimiento del fluido. Este movimiento transfiere calor de una parte del fluido a otra
por un proceso llamado convección. El movimiento del fluido puede ser natural o forzado. Si se calienta un
lÃ−quido o un gas, su densidad (masa por unidad de volumen) suele disminuir. Si el lÃ−quido o gas se
encuentra en el campo gravitatorio, el fluido más caliente y menos denso asciende, mientras que el fluido
más frÃ−o y más denso desciende. Este tipo de movimiento, debido exclusivamente a la no uniformidad de
la temperatura del fluido, se denomina convección natural.
Radiación
La radiación presenta una diferencia fundamental respecto a la conducción y la convección: las sustancias
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que intercambian calor no tienen que estar en contacto, sino que pueden estar separadas por un vacÃ−o. La
radiación es un término que se aplica genéricamente a toda clase de fenómenos relacionados con
ondas electromagnéticas. Algunos fenómenos de la radiación pueden describirse mediante la teorÃ−a de
ondas, pero la única explicación general satisfactoria de la radiación electromagnética es la teorÃ−a
cuántica.
CalorimetrÃ−a.
Ciencia que mide la cantidad de energÃ−a generada en procesos de intercambio de calor. El calorÃ−metro es
el instrumento que mide dicha energÃ−a. El tipo de calorÃ−metro de uso más extendido consiste en un
envase cerrado y perfectamente aislado con agua, un dispositivo para agitar y un termómetro. Se coloca una
fuente de calor en el calorÃ−metro, se agita el agua hasta lograr el equilibrio, y el aumento de temperatura se
comprueba con el termómetro. Si se conoce la capacidad calorÃ−fica del calorÃ−metro (que también
puede medirse utilizando una fuente corriente de calor), la cantidad de energÃ−a liberada puede calcularse
fácilmente. Cuando la fuente de calor es un objeto caliente de temperatura conocida, el calor especÃ−fico y
el calor latente pueden ir midiéndose según se va enfriando el objeto. El calor latente, que no está
relacionado con un cambio de temperatura, es la energÃ−a térmica desprendida o absorbida por una
sustancia al cambiar de un estado a otro, como en el caso de lÃ−quido a sólido o viceversa. Cuando la fuente
de calor es una reacción quÃ−mica, como sucede al quemar un combustible, las sustancias reactivas se
colocan en un envase de acero pesado llamado bomba. Esta bomba se introduce en el calorÃ−metro y la
reacción se provoca por ignición, con ayuda de una chispa eléctrica.
Temperatura
Mide la concentración de energÃ−a y es aquella propiedad fÃ−sica que permite asegurar si dos o más
sistemas están o no en equilibrio térmico (cuando dos cuerpos están a la misma temperatura), esto quiere
decir que la temperatura es la magnitud fÃ−sica que mide cuan caliente o cuan frÃ−o se encuentra un objeto.
La temperatura se mide en unidades llamadas grados, por medio de los termómetros, esto se refiere que para
medir la temperatura utilizamos una de las magnitudes que sufre variaciones linealmente a medida que se
altera la temperatura.
Temperatura es el promedio de la energÃ−a cinética de las moléculas de un cuerpo.
Relación entre temperatura y calor
La relación es que la temperatura mide la concentración de energÃ−a o de velocidad promedio de las
partÃ−culas y el calor energÃ−a térmica en transito.
Para una mejor explicación de esta relación lo mostraremos con un ejemplo: si ponemos un recipiente con
agua representa la cantidad de calor que un cuerpo sede o absorbe en un instante dado, el nivel que esta
alcanza representa su temperatura. Si la cantidad de agua, sube el nivel, esto es, si aumenta la cantidad de
calor que posee el cuerpo, aumenta también su temperatura.
Otro ejemplo se nota cuando encendemos un fósforo, se logra una alta temperatura pero bajo contenido
calórico.
Una olla con 10 litros de agua tibia tiene baja temperatura y un gran contenido calórico.
La temperatura es independiente de la cantidad de sustancia, el calor en cambio depende de la masa, de la
temperatura y del tipo de sustancia.
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Q=mcÎ t
¿Qué es un Termómetro?
Un termómetro es un instrumento que mide la temperatura de un sistema en forma cuantitativa. Una forma
fácil de hacerlo es encontrando una sustancia que tenga una propiedad que cambie de manera regular con la
temperatura. La manera más "regular" es de forma lineal:
t(x)=ax+b.
Donde t es la temperatura y cambia con la propiedad x de la sustancia. Las constantes a y b dependen de la
sustancia usada y deben ser evaluadas en dos puntos de temperatura especÃ−ficos sobre la escala, por
ejemplo, 32° para el punto congelamiento del agua y 212° para el punto de ebullición.
Después se aclara que este es el rango de una escala ya conocida como la Fahrenheit.
Por ejemplo, el mercurio es lÃ−quido dentro del rango de temperaturas de -38,9° C a
356,7° C (la escala Celsius se discute más adelante). Como un lÃ−quido, el mercurio se expande cuando
se calienta, esta expansión es lineal y puede ser calibrada con exactitud.
El dibujo del termómetro de vidrio de mercurio ilustrado arriba contiene un bulbo fijo con mercurio (bulb)
que le permite expandirse dentro del capilar. Esta expansión fue calibrada sobre el vidrio del termómetro.
Desarrollo de Termómetros y Escalas de Temperaturas.
Uno de los primeros intentos para hacer un estándar de temperaturas ocurrió alrededor de AD 170, cuando
Galeno, en sus notas médicas, propone un estándar de temperatura "neutral" completando cantidades
iguales para la ebullición del agua y el hielo. Sobre cualquier lado de esta temperatura tenÃ−a cuatro grados
de calor y cuatro grados de frÃ−o respectivamente.
Los primeros equipos usados para medir la temperatura fueron llamados Termoscopios. ConsistÃ−an en un
bulbo de vidrio que tiene un largo tubo extendido hacia abajo colocado dentro de un recipiente que contiene
agua con colorante (aunque Galileo en 1610 utilizó vino). Algo del aire contenido dentro del bulbo se
expulsa, por lo cual el lÃ−quido se eleva a través del tubo para tomar su lugar. Como el aire remanente del
bulbo se calienta o enfrÃ−a, el nivel de lÃ−quido en el tubo varia reflejo del cambio de la temperatura del
aire. Colocando una escala grabada sobre el tubo, se puede medir en forma cuantitativa estas fluctuaciones.
El aire dentro del bulbo es referido como medio termométrico, siendo aquel medio cuya propiedad cambia
con la temperatura.
En 1641 el primer termómetro sellado que usó lÃ−quido en vez de aire como medio termométrico fue
desarrollado por Ferdinand II, Gran Duque de Toscana. Su termómetro usó un equipo sellado en vidrio
dentro del cual habÃ−a alcohol, con 50 "grados" marcados sobre el tubo pero un "punto fijo" para el cero de
la escala no fue utilizado, Estos fueron referidos como termómetros de "espÃ−ritu".
Robert Hook, párroco de la Sociedad Real, en 1664 usó un tinte rojo en alcohol. Su escala, para la cual
todos los grado representaban un igual incremento de volumen equivalente alrededor de 1/500 partes de el
volumen del lÃ−quido del termómetro, necesitó solo un punto fijo. El seleccionó el punto de
congelamiento del agua. Por una escala presentada de esta manera, Hook presentó que un mismo estandar
puede ser establecido para termómetros de tamaños diferentes. El termómetro original de Hook quedó
conocido como un estándar del Gresham College y fue usado por la Sociedad Real hasta 1709. (El primer
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registro meteorológico inteligible usó esta escala).
En 1702, el astrónomo Ole Roemer de Copenhagen basó su escala en dos puntos fijos: nieve (o hielo
comprimido) y el punto de ebullición del agua, y registró la temperatura diaria en Copenhagen desde 1708
a 1709 con su termómetro.
Fue en 1724 que Gabriel Fahrenheit usó mercurio como liquido termométrico. La expansión térmica
del mercurio es amplia y suavemente uniforme, esto permite que no se adhiera al vidrio y permanece
lÃ−quido ante un amplio rango de temperaturas. Su apariencia plateada hace que sea fácil de leer.
Fahrenheit describió como calibró la escala de mercurio de su termómetro de la siguiente manera:
“Colocando el termómetro en un mezcla de sal de amonio o agua salada, hielo, y agua, un punto sobre la
escala pudo ser encontrado el cual llamé cero. Un segundo punto fue obtenido de la misma manera, si la
mezcla es usada sin sal. Denotando este punto como 30. Un tercer punto designado como 96 fue obtenido
colocando el termómetro en la boca para adquirir el calor del cuerpo humano." (D.G Fahrenheit, Phil. Trans.
(London) 33, 78, 1724).
Sobre esta escala, Fahrenheit midió el punto de ebullición del agua obteniendo 21 2. Después adjudicó
el punto de congelamiento del agua a 32 asÃ− que el intervalo entre el punto de congelamiento y ebullición
del agua puede ser representado por el número racional 180. Temperaturas medidas sobre esta escala son
designadas como grados Fahrenheit (°F).
En 1745 Carlos Linneo de Upsala, Suecia, describió una escala en la cual el punto de congelamiento del
agua era 100 y el punto de ebullición cero haciendo esto una escala centÃ−grada. Anders Celsius
(1701-1744) usó la escala al revés en la cual cero representó el punto de congelamiento y 100 el punto de
ebullición del agua, manteniendo los 100 grados entre los dos puntos. En 1948 el término Grado
CentÃ−grado fue reemplazado por el de Grados Celsius. Temperaturas medidas sobre una escala
centÃ−grada, con el punto de congelamiento del agua como cero, son designadas como grados Celsius
(°C).
Para convertir de grado CentÃ−grado a Fahrenheit multiplique por 1.8 y sume 3 2.
°F=1.8° C+32.
En 1780, J.A. C. Charles, fÃ−sico francés, presentó que para un mismo incremento de temperatura, todos
los gases tienen el mismo aumento de volumen. Porque los coeficientes de expansión de los gases son tal que
están muy cerca uno del otro, con esto es posible establecer una escala de temperatura basada en un solo
punto fijo en vez de dos, tal como en la Fahrenheit o Celsius. Esto nos lleva a termómetro que usen gas como
medio termométrico.
En este termómetro de gas a volumen constante el bulbo B que contiene hidrógeno (por ejemplo) bajo una
cierta presión, se conecta con un manómetro de mercurio por medio de un tubo de volumen muy
pequeño. (El bulbo B es la porción sensible a la temperatura y debe procurarse que todo sea de mercurio).
El nivel de mercurio en C puede adjudicarse al elevarse o no el nivel en el reservorio R. La presión del
hidrógeno la cual es "x" varÃ−a en relación lineal con la temperatura, es la diferencia entre los niveles D y
C más la presión encima de D.
P. Chappuis in 1887 dirigió extensos estudios sobre los termómetros de gas con presión constante o con
volumen constante usando hidrógeno, nitrógeno y bióxido de carbono como medios termométricos.
Basado en estos resultados, el Comite Internacional de Pesos y Medidas adoptó la escala de hidrógeno a
volumen constante tomando como puntos fijos el punto de hielo (0° C) y de vapor (100° C) como escala
práctica para la meteorologÃ−a internacional.
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Experimentos con termómetros de gas han divulgado que es muy pequeña la diferencia en la lectura de
temperaturas utilizando diferentes gases. AsÃ− es posible, fijar una escala de temperatura que sea
independiente del medio termométrico si este es un gas a baja presión. En este caso, todos los gases se
comportan como un gas ideal y tienen una relación muy simple entre la presión, temperatura y volumen:
pV=(constante)T.
Esta temperatura es llamada temperatura termodinámica y es aceptada en la actualidad como medida
fundamental de temperatura. Note que hay una definición natural del cero en esta escala; es el punto donde la
presión del gas ideal se hace cero, por lo tanto la temperatura es cero. La discusión sobre el cero absoluto se
hará posteriormente. En 1933, El Comité Internacional de Pesos y Medidas adoptó como punto fijo el
punto triple del agua, (la temperatura a la cual el agua el hielo, agua lÃ−quido y vapor coexisten en
equilibrio), este valor es 273,16, la unidad de temperatura de esta escala fue llamada Kelvin, por Lord Kelvin
(Williams Thompson) 1824-1907, y su sÃ−mbolo es K. (no utiliza grados).
Para convertir de Celsius a Kelvin sumo 273,16:
K=°C+273,16.
Temperatura Termodinámica es la temperatura fundamental, su unidad es el Kelvin la cual se define como
una fracción de 1/273,16 de la temperatura termodinámica del punto triple del agua.
Sir William Siemens en 1871 propuso un termómetro donde medio termométrico es un conductor
metálico cuya resistencia cambia con la temperatura. El platino no se oxida a altas temperaturas y tiene un
cambio relativamente uniforme con la temperatura en un amplio rango. El termómetro de resistencia de
platino es ampliamente usado como termómetro termoeléctrico y cubre un rango de temperaturas que va
desde -260° C a 1235° C.
Algunas temperaturas fueron adoptadas como Referencias Primarias tal como las definió la Escala
Internacional de Temperaturas Prácticas en 1968. La Escala de Internacional de Temperaturas en 1990
adoptó por el Comité Internacional de Pesos y Medidas los siguientes estándares mantenidos desde
1989. Entre 0,65K y 5,0 K, la temperatura se definió en términos de la presión de vapor (relación de
temperaturas del isótopo de Helio). Entre 3,0 K y el punto triple del Neón (24,5561 K) la temperatura se
definió por medio de un termómetro de gas (Helio). Entre el punto triple del hidrógeno (13,8033 K) y el
punto de congelamiento de la plata (961,78 oC) la temperatura se definió por medio de termómetros de
resistencia de platino. Por encima del punto de congelamiento de la plata la temperatura se definió en
términos de la Ley de Radiación de Planck.
T.J. Seebeck en 1826 descubrió que cuando alambres de diferentes metales son fusionados en un terminal y
calentados, fluye corriente de uno a otro. La fuerza electromotriz generada puede ser cuantitativamente
relacionada con la temperatura y asÃ− el sistema puede ser usado como termómetro, conocido como
termocouple. La termocouple es usada en la industria y diferentes metales son usados: nÃ−quel / aluminio y
platino / platino-rodio, por ejemplo. El Instituto Nacional de Estándares y TecnologÃ−as (NIST) mantiene
bases de datos para estandarizar termómetros.
Para las medidas a muy bajas temperaturas, la susceptibilidad magnética de una sustancia paramagnética
es usada como una cantidad fÃ−sica termométrica. Para algunas sustancias, la susceptibilidad magnética
varÃ−a inversamente con la temperatura. Cristales como (cerrous magnesium nitrate y chromic potassum
alum) han sido usados para medir temperaturas por debajo de 0,05 K; estos cristales son calibrados en un
rango de helio lÃ−quido.Este diagrama y las últimas ilustraciones de este texto fueron tomadas del archivo
de imágenes del Laboratorio de Bajas Temperaturas de la Universidad Tecnológica de Helsinki. Para estas
temperaturas tanto o más bajas que estas, el termómetro es también usado como mecanismo de
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enfriamiento. Algunos laboratorios de bajas temperaturas conducen interesantes aplicaciones e
investigaciones teóricas sobre como alcanzar la temperatura más baja posible, como trabajarlas y
encontrarle aplicaciones.
Termómetros usados en la actualidad
-Termómetro de lÃ−quido
-Termómetro de gas
-Termómetro bimetálico
-Termómetro de resistencia
-Termistor
-Termómetro diferencial
Temperatura de La Tierra
La temperatura en el interior de la tierra aumenta con la profundidad. Esto se puede comprobar en minas y en
sondeos, midiendo la temperatura de las rocas. El gradiente geotérmico es el número de grados que
aumenta la temperatura al profundizar 100 metros, y expresa el valor del aumento de la temperatura con la
profundidad.
En los niveles más superficiales de la corteza, el valor de este parámetro es de 3ºC, pero disminuye con la
profundidad. En la actualidad, la mayor parte de los cientÃ−ficos admiten que la temperatura en las zonas
más internas del globo no supera los 5.000ºC.
IV.- MONTAJE
MONTAJE 1
4.1 Monte el equipo tal como muestra el diseño experimental de la figura 1.
4.2 Ponga 300 ml de agua potable en el vaso de precipitados grande y caliéntela hasta 40 ºc .
4.3 En el vaso de precipitados mediano ponga 100 m de agua frÃ−a del grifo y añádele 1000ml de agua
calentada.
4.4 Llena el vaso de precipitados pequeño completamente con agua frÃ−a.
V.- PROCEDIMIENTO
7
5.1 PRIMER EXPERIMENTO
Introduzca un dedo de la mano y certifique intuitivamente la temperatura del agua en cada vaso de
precipitados.
Anote sus observaciones:
Vaso de precipitados chico:
Se siente frió
Vaso de precipitados mediano:
Se siente tibio
Vaso de precipitados grande:
Se siente caliente
5.2 SEGUNDO EXPERIMENTO
Introduzca un de dedo de la mano derecha en el agua mas caliente y u dedo de la mano izquierda en el agua
frÃ−a; manténgalos ahÃ− durante medio minuto, moviéndolo ligeramente.
Luego, saque rápidamente los dedos del agua.
Ante sus observaciones:
Vaso de precipitados chico:
El dedo no sufre ninguna reacción
Vaso de precipitados grande:
El dedo aumenta su volumen
5.3 TERCER EXPERIMENTO
MONTAJE 3:
5.3.1 Monte el equipo de soporte según la figura 1.
5.3.2 Ponga 100ml de agua del grifo en el matraz Erlenmeyer y colóquelo en el vaso de precipitados de
400ml vació.
5.3.3 Coloque los dos termómetros en la varilla soporte. E de vástago mas largo se sumerge en el matraz; el
otro dentro del vaso de precipitados, sin que toque el
fondo ni las paredes.
PROCEDIMIENTO:
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• caliente 160ml de agua a 80ºC en el vaso de precipitados de 250ml
• vierta el agua caliente en el vaso de precipitados de 400ml
• compruebe que los vástagos de los termómetros estén sumergido y ponga en marcha los
cronómetros.
• Haga la lectura de los dos termómetros a intervalos de 30s y regÃ−stralo en la tabla 1, hasta t=5min.
• Después de 10min, haga una ultima lectura de las temperaturas
.
Tabla 1
T (min)
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
4.5
5.0
10.0
T1 (ºC)
45
46
47
47.2
47.5
48
48
48
48
47.5
47
T2 (ºC)
57
55
53.5
52.5
51.5
51
50.5
50
50
49.5
47.5
VI. EVALUACION
PRIMER Y SEGUNDO EXPERIMENTO:
1. ¿Qué es frió o caliente? Describa y explique el concepto.
- El calor es posible definirlo como energÃ−a transferida entre dos cuerpos o sistemas, se puede asociar al
movimiento de los átomos, moléculas y otras partÃ−culas que forman la materia. El calor puede ser
generado por reacciones quÃ−micas (como en la combustión), reacciones nucleares (como en la fusión
nuclear de los átomos de hidrógeno que tienen lugar en el interior del Sol), disipación electromagnética
(como en los hornos de microondas) o por disipación mecánica (fricción). Su concepto está ligado al
Principio Cero de la Termodinámica, según el cual dos cuerpos en contacto intercambian energÃ−a hasta
que su temperatura se equilibre.
El calor puede ser transferido entre objetos por diferentes mecanismos, entre los que cabe reseñar la
radiación, la conducción y la convección, aunque en la mayorÃ−a de los procesos reales todos los
mecanismos anteriores se encuentran presentes en mayor o menor grado.
El calor que puede intercambiar un cuerpo con su entorno depende del tipo de transformación que se
efectúe sobre ese cuerpo y por tanto depende del camino. Los cuerpos no tienen calor, sino energÃ−a
interna. El calor es la transferencia de parte de dicha energÃ−a interna (energÃ−a térmica) de un sistema a
otro, con la condición de que estén a diferente temperatura
. El frÃ−o es la ausencia total o parcial de calor.
En el área industrial se hacen investigaciones, producciones y aplicaciones sobre este fenómeno con fines
productivos y para la conservación de aquellas materias susceptibles de alterarse a causa del calor. Se
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dividen en tres ramas:
• Refrigeración: que trata de la consecución de temperaturas iguales o algo inferiores a cero grados
centÃ−grados.
• Congelación: Proceso para obtener temperaturas inferiores a cero grados centÃ−grados.
• Criogenia: Donde se consiguen temperaturas extremadamente bajas.
2. ¿De que depende su valoración “caliente” o “frÃ−o”?
La valoración para poder establecer si un cuerpo esta caliente o frió depende de la transferencia de
energÃ−a interna que dicho cuerpo pueda transmitir y para esto se incluye un nuevo concepto el de
temperatura que es una medida de la energÃ−a cinética media délas partÃ−culas constituidas de un
cuerpo material (átomos, iones o moléculas); o sea una medida del grado de movimiento molecular,
iónico o atómico. La temperatura de los cuerpos nos da aun idea de lo caliente o frió que pueden estar al
compararlo uno con el otro.
3. Usted habrá tocado alguna vez un cuerpo muy caliente. ¿Cuál es la sensación q se percibe en la
piel?
La sensación que produce un cuerpo caliente al contacto con la piel es de extremo ardor debido al calor
producido por dicho cuerpo al ser transferido por contacto con la piel, nuestra piel refleja un aumento en su
volumen es decir se dilata. La dilatación es un fenómeno propio del calor. La exposición a muy altas
temperaturas de la piel puede causar serios daños en esta como ampollas u otro tipo de quemaduras.
4. Habrá tocado alguna vez un cuerpo muy frió. ¿Cuál es la sensación que se percibe en la piel?
Lo que se sentimos al tocar un cuerpo muy frió es una sensación de quemadura
La sensación de quemadura es por el rápido intercambio de calor entre nuestra piel y un objeto que tenga
un gran diferencial de temperatura con nuestro cuerpo.
El frió quema por que las células del cuerpo están echas para trabajar a una temperatura ideal cualquier
cambio extremo de temperatura rompe la membrana de las células y eso causa daños en el área afectada
por ello es que al paralizar la circulación se produce el ardor y asÃ− la quemadura.
Quizás con un hielo ordinario (agua congelada) solo pocas personas sientan la quemadura, pero con un hielo
seco (CO2 congelado) la sensación de quemadura es apreciable para la mayorÃ−a de las personas.
Por otro lado, la exposición a estos intercambios de calor daña la superficie de contacto de nuestra piel.
5. Trace en papel milimetrado, un diagrama de las dos temperaturas del agua versus el tiempo.
Los gráficos se encuentran en el papel milimetrado adjunto a este trabajo.
6. Describa y explique las curvas de las dos temperaturas.
Ecuación para la curva 1
Según formula es una ecuación lineal:
tabla 1
Xi
0.5
1.0
Yi
45.0
46.0
Xi Yi
22.5
46.0
Xi2
0.3
1.0
10
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
4.5
5.0
10.0
Suma = 37.5
47.0
47.2
47.5
48.0
48.0
48.0
48.0
47.5
47.0
Suma = 519.2
70.5
94.4
118.8
144.0
168.0
192.0
216.0
237.5
470.0
Suma = 1779.7
2.3
4.0
6.3
9.0
12.3
16.0
20.3
25.0
100.0
Suma = 196.3
Donde la ecuación de la curva es:
Ecuación para la curva 2
Según formula es una ecuación lineal:
tabla 1
Xi
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
4.5
5.0
10.0
Suma = 37.5
Yi
57.0
55.0
53.5
52.5
51.5
51.0
50.5
50.0
50.0
49.5
47.5
Suma = 568.0
Xi Yi
28.5
55.0
80.3
105.0
128.8
153.0
176.8
200.0
225.0
247.5
475.0
Suma = 1874.8
Xi2
0.3
1.0
2.3
4.0
6.3
9.0
12.3
16.0
20.3
25.0
100.0
Suma = 196.3
Donde la ecuación de la curva es:
7.- Después de un tiempo suficientemente largo, ¿Cuáles son las dos temperaturas?
Del experimento notamos que: la temperatura de cada una de las sustancias varÃ−a hasta que finalmente
alcanzan una temperatura común (temperatura de equilibrio). Este estado recibe el nombre de equilibrio
térmico.
8.- Describa las curvas de temperatura a partir de los conceptos de “calor” y de “energÃ−a interna”.
Al juntar la dos muestras, los cambios de temperatura que experimentan ponen en manifiesto los cambios en
sus movimientos térmicos y por ende en su energÃ−a cinética molecular, la energÃ−a cinética
molecular de las moléculas del agua a temperatura (1) ambiente aumenta y la del agua a 80ºc (2)
disminuye, esto lo planteamos porque la temperatura de (1) aumenta y la temperatura de (2) disminuye, lo
mismo sucede con la energÃ−a interna de las muestras.
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Asimismo podemos concluir que se ha producido una transferencia de energÃ−a interna entre estas
sustancias.
9.- ¿hubiera sido diferente la curva de temperatura si en la serie de mediciones se hubiera agitado el
agua de uno de los recipientes?
Si ya que la temperatura es una magnitud microscópica que caracteriza el grado de movimiento térmico de
una sustancia y al mover el agua de uno de los recipientes también variarÃ−amos su movimiento
térmico.
VII.- CONCLUSIONES
Ahora que conocemos un poco más acerca del tema de calor, podemos hacer una breve y sencilla
definición e lo que es calor:
El calor es en realidad energÃ−a cinética o en movimiento de moléculas que vibran que se transmite de
un cuerpo a otro.
Con esta definición se nos da a notar que el calor y su transmisión se encuentra por todas partes, ya que en
todos los lugares de la Tierra existe la energÃ−a y en todas partes se necesita el equilibrio de calor para que se
puedan llevar a cabo los ciclos de la vid y los fenómenos meteorológicos, quÃ−micos, fÃ−sicos y
biológicos.
Con este trabajo de investigación llegamos a comprender él ¿por qué? de muchas cosas, como por
ejemplo:
¿Por qué cuando tenemos frÃ−o nos tapamos con ropa abrigada?
à ¿Por qué cuando queremos enfriar un café metemos la cuchara frÃ−a con la que lo meneamos?
à ¿Por qué en las vÃ−as del tren existe un espacio entre cada riel?
Todas estas preguntas tienen la misma respuesta: por el calor.
El calor es el responsable de dilatar los cuerpos y contraerlos, el de mantener un equilibrio térmico en
nuestra atmósfera y nuestro cuerpo, el de que exista fotosÃ−ntesis, ciclo del agua, tormentas, etc.
Simplemente sin el calor no dejarÃ−a de existir solamente la Tierra y la vida que hay en ella; si no que
desaparecerÃ−a el completo universo, porque de calor fue de lo que se formo y por calor es por lo que sé
esta moviendo.
Universidad Nacional Mayor de San Marcos
Laboratorio de FÃ−sica II Informe Nº04
CUIDADO:
Para manejar el vaso de precipitados cliente; cojalo por su borde superior.
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