TEMPERATURA Y CALOR La temperatura es una de las magnitudes fundamentales definidas por el S.I. y se trata de una magnitud difícil de definir y que tiende a confundirse con el concepto de calor. Por tanto, la temperatura de un cuerpo se define como una magnitud que mide la energía media de las moléculas que constituyen ese cuerpo. La temperatura de un cuerpo es independiente de su masa, porque sólo depende de la velocidad y la masa de cada una de sus moléculas. De otra parte, el concepto de calor corresponde a la medida de la energía que se transfiere de un cuerpo caliente a otro frío debido a la diferencia de temperatura que existe entre ellos. UNIDADES DE CANTIDAD DE CALOR Siendo el calor una forma de energía, que se transfiere de una sustancia a otra en virtud de una diferencia de temperatura, se puede determinar la cantidad de calor midiendo el cambio de temperatura de una masa conocida que absorbe calor desde alguna fuente. Según el S.I., el calor se mide en joules, que es una unidad de energía, no obstante, la caloría es más comúnmente empleada en todo el mundo. Una caloría se define como la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de un gramo de agua de 14,5º a 15,5º. Frecuentemente se emplea un múltiplo de la caloría, denominado kilocaloría, que equivale a 1.000 calorías. ¿CÓMO MEDIMOS LA TEMPERATURA? El termómetro: Es un capilar terminado en un bulbo que contiene el líquido que se dilata; está cubierto por un tubo externo que contiene la escala numérica. La mayoría de los materiales conocidos se expanden, es decir, experimentan un aumento de volumen, cuando su temperatura aumenta, y se contraen cuando ésta disminuye. El termómetro es un instrumento diseñado para medir la temperatura valiéndose de la expansión y contracción de un líquido. Escalas Termométricas: Existen varias escalas de temperatura. Para definir una escala se establecen arbitrariamente dos puntos de referencia que indican los extremos de la escala. La distancia entre estos puntos se divide entre un número definido de partes a las que se les llama grados. Algunas de las escalas termométricas más utilizadas son: ESCALA DEFINICIÓN DE LA ESCALA Escala de Celsius o centígrada Esta escala emplea como puntos de referencia los puntos de congelación y de ebullición del agua, asignando un valor de cero al primero y de 100 al segundo. Debido a la asignación arbitraria del punto cero, esta escala permite temperaturas negativas, correspondientes a valores por debajo del punto de congelación del agua. Escala Kelvin o absoluta Escala Fahrenheit Escala de Rankine UNIDAD FORMULA ºC= ºK – 273 ºC ºC= 5/9 (ºF – 32) Esta escala se utiliza con el fin de evitar el empleo de valores negativos de temperatura, y se toma como punto de inicio de la escala un valor conocido como cero absoluto, que corresponde la temperatura de-273ºC, en el cual la energía cinética de las partículas es ínfima y por lo tanto corresponde a la temperatura más baja que se puede lograr. El tamaño de los grados entre las escalas Celsius y Kelvin es el mismo, por lo tanto se facilita la conversión entre una y otra. ºK ºK= ºC+273 Esta escala se diferencia de las anteriores en que el punto de congelación del agua se le asigna un valor de 32º y al de ebullición 212º. Esto quiere decir que la diferencia de temperatura entre los dos puntos de referencia se compone de 180 partes o grados, en lugar de 100, como en las escalas de Celsius o Kelvin. ºF ºF= 9/5 ºC + 32 En esta escala el intervalo entre el punto de congelación y de ebullición del agua es igual al intervalo que existe entre estos puntos en la escala Fahrenheit. La diferencia está en que el punto de congelación del agua se marca como 492 grados, mientras que el punto de ebullición se señala como 672 grados; el cero absoluto de esta escala corresponde al cero absoluto de la escala Kelvin. Esta escala es muy empleada en el campo de la ingeniería. ºR ºR = 9/5 * K DESARROLLO DE COMPETENCIAS 1. Resuelve: a. Si 100 grados Celsius equivalen a 180 grados Fahrenheit, entonces, 1 grado centígrado, ¿a cuántos grados Fahrenheit equivalen? b. ¿A cuántos grados Fahrenheit equivalen 373 K? 2. Durante la clase de química, Andrés preguntó al profesor: ¿Es cierto que cuando el agua tiene sal disuelta demora más tiempo en hervir? Antes de que el profesor pudiera responder, sus compañeros empezaron la siguiente discusión: Wilmer: ¡Absurdo! No es verdad. Patricia: ¿Quién lo dice? Elena: ¿Por qué no hacemos la prueba? a. Al analizar el diálogo, ¿cuál de los estudiantes asumió la actitud del verdadero investigador? ¿Por qué? b. ¿Qué harías tú en la práctica para resolver el problema planteado? c. Aplica un plan y toma nota de los resultados. 3. Relaciona los siguientes enunciados con las diferentes etapas de la metodología científica y justifica tu respuesta. ETAPAS ____ Observación cualitativa ____ Hipótesis ____ Observación cuantitativa ____ Teoría DATOS a. b. c. d. El azufre funde a 115ºC El azufre es de color amarillo Todos los sólidos funden a la misma temperatura Cada sólido tiene un punto de fusión específico. 4. Es probable que hayas observado que algunos vegetales, como la papa, o frutas, como la manzana y el plátano, toman color oscuro si se dejan expuestas al aire. En cambio, si tú dejas una papa pelada sumergida en agua este fenómeno no se observa. a. ¿Por qué crees que la papa se oscurece en contacto con el aire? b. ¿Por qué no ocurre esto cuando está sumergida en agua? c. ¿Por qué no se oscurece cuando la cocinamos, aun cuando sigue expuesta al aire? 5. Al medir la masa y el volumen de varios fragmentos de un metal, se obtienen los siguientes resultados: Masa (g) Volumen (cm3) 2 0,1 15 0,7 26 1,3 45 2,3 100 5,1 Representa los valores en una gráfica. Utiliza el eje de ordenadas para la masa y el eje de abscisas para el volumen. a. ¿Existe alguna relación entre los datos? b. Que conclusión se pude generalizar de la gráfica? 6