“NEMESIA LUNA” ... CENTRO ESCOLAR

CENTRO ESCOLAR “NEMESIA LUNA”
CIENCIA, SALUD Y MEDIO AMBIENTE
Prof. José Miguel Molina Morales
PRIMER TRIMESTRE
Noveno grado Sección:___
Nombre del alumno: _______________________________________No.______
GUIA DE CLASES No 2
UNIDAD No 2: El calor como energía.
Ley cero de la termodinámica
Si los cuerpos A y B están en equilibrio térmico con el cuerpo C, entonces A y B están en
equilibrio entre sí.
Sí en un depósito A tienes agua fría y en el depósito B agua caliente, y los combinas en un
depósito C, entonces, la temperatura de A aumentó y la de B, disminuyó y el conjunto
adquirió la temperatura promedio en C.
Escalas de temperatura
Temperatura:
La temperatura es proporcional a la
energía cinética media de las moléculas
de un cuerpo.
La temperatura depende de la velocidad
de las moléculas y es independiente de la
masa total del cuerpo.
Escala centígrada:
La graduación de los termómetros de la escala centígrada podría extenderse por debajo de
0º C y por encima de 100º C.
Cero grados (0º C) es el punto de fusión del hielo, pero es más conocido como el punto
donde el agua y el hielo están en equilibrio térmico y cien grados (100º C) es el punto de
ebullición también conocido como el punto donde el agua y el vapor están en equilibrio
térmico. En ambos casos la presión atmosférica es de1a atmósfera.
En la escala Fahrenheit los puntos fijos fueron determinados por el punto de fusión de una
mezcla de NaCl (cloruro de sodio) y NH4 Cl (cloruro de amonio). La fusión del hielo y la
temperatura normal del cuerpo humano fueron determinadas a partir de 0ºF y 100 ºF,
respectivamente.
Pero fíjate que en esta escala Fahrenheit el termómetro marca los puntos extremos de la
temperatura, así: 32ºF: punto de fusión del hielo y 212ºF punto ebullición del agua.
Para medir la temperatura existen los termómetros en sus diferentes escalas:
Termómetro de Celsius (grados o escala centígrados ºC) y el de Fahrenheit (grados o escala
Fahrenheit ºF), grados Kelvin (K). Las relaciones para convertir entre escalas son las
siguientes:
 De Fahrenheit a Celsius: ºC= 5/9 ( ºF-32);
 De Celsius a Fahrenheit. ºF= 9/5 (ºC +32);
 De Celsius a Kelvin: K = 0C + 273.15
 De Kelvin a Celsius 0C = K- 273.15
Ejemplos:
a) En una ciudad la temperatura ambiental de 27 ºC, luego de 4 horas el termómetro
marca 27.8 ºC .Expresa el cambio de temperatura ambiental en grados Fahrenheit
ºF.
Paso 1. Calcula el cambio de temperatura en 0C, así: Δt = (27.8-27.0)ºC = 0.8 ºC
Paso 2. Transforma Δt = 0.8 0C a grados Fahrenheit ºF, así:
b)
Expresa en grados centígrados el siguiente valor de temperatura: 104 ºF.
Solución:
Ejercicios:
1.
2.
3.
4.
Convertir 10°C a Fahrenheit:
Convertir 25°C a Kelvin
Convertir 98° F a °C
Convertir 125 K a °
Actividad
Completa la siguiente tabla haciendo las conversiones según corresponda.
°C
25
°F
°K
210
84
75
Dilatación de los cuerpos, lineal,
superficial y volumétrica
Los cambios de temperatura pueden alterar el tamaño de los cuerpos, ya sea agrandándose
o contrayéndose, aumente o disminuya la temperatura respectivamente.
A este cambio en el tamaño como consecuencia del cambio de temperatura se llama
dilatación.
Los gases se dilatan mas que los líquidos y estos aun mas que los sólidos. La dilatación
puede ser lineal, superficial o volumétrica.
Dilatación lineal.
 Dilatación lineal. Es el alargamiento en la
longitud ( L )de un material, cuando su
temperatura se eleva un grado Celsius.
Cada material tiene su propio coeficiente
de dilatación lineal y se representa por la
letra griega alfa (α ). Por ejemplo, los
siguientes:
 Hierro α = 11.7 × 10-6 ºC-1
 Aluminio α = 22.4 × 10-6 ºC-1
 Cobre α = 16.7 × 10-6 ºC-1
Si conocemos el coeficiente de dilatación lineal
( α ) de una sustancia y queremos calcular la
longitud final que tendrá un cuerpo al variar su temperatura podemos utilizar la siguiente
expresión:
Donde L significa longitud y T significa temperatura, mientras α es el coeficiente de
dilatación lineal y que los subíndices indican inicial (i) y final (f) respectivamente.
Ejemplos:
A una temperatura de 14ºC una varilla de hierro tiene una longitud de 5 metros. Si el
coeficiente de dilatación del hierro es 11.7 × 10-6 ºC-1, ¿Cuál será la longitud al aumentar la
temperatura a 28ºC?
Fórmula y sustitución
Datos:
α = 11.7 × 10-6 ºC-1
L0 = 5 m
T0 = 14ºC
Tf = 28ºC
Lf = ?
Fórmula:
Sustitución:
L f 5m ( 1 11.7 x10-6 ºC-1 ( 28ºC 14ºC ))
L f 5m (1 11.7 x10-6 ºC-1 ( 14ºC ))
L f 5m (10.0001683)
L f 5m (1.0001683)
L f 5. 000819 m
En este proceso, ºC-1 y ºC se eliminan.
Lo que explica por qué quedan solo metros. La longitud final
es de 5.000819 m
Dilatación superficial
Es el incremento de área o superficie que experimentan un cuerpo de determinada
sustancia, de área igual a la unidad, al elevarse su temperatura un grado centígrado.
Cuando un área o superficie se dilata, lo hace incrementado sus dimensiones en la misma
proporción. El coeficiente de dilatación superficial se representa por la letra griega gamma
(γ ) y se usa para los sólidos. Si se conoce el coeficiente de dilatación lineal, entonces el de
dilatación superficial será dos veces mayor.
El área final de un sólido dilatado es:
Ejemplo:
A una temperatura de 20 ºC una lamina de aluminio mide 2m de largo y de 0.8 m de ancho.
Si el coeficiente de dilatación superficial del aluminio es de 44.8 × 10-6 ºC-1, ¿Cuál será su
área final si su temperatura disminuye a 16 ºC?
0.04 m3
Datos:
Fórmula y sustitución
α = 44.8 × 10 ºC
Ai = 1.6 m2
T0 = 20ºC
Tf = 16ºC
Af = ?
-6
-1
Fórmula:
Sustitución:
Af 1.6 m2 ( 1 44.8 × 10-6 ºC-1 ( 16ºC 20ºC ))
Af 1.6 m2 ( 1 44.8 × 10-6 ºC-1 (4ºC ))
Af 1.6 m2 (10 0001792)
Af 1.6 m2 (0.999)
Af 1.59 m2
Dilatación cúbica.
Implica el aumento en el largo, ancho y alto de un cuerpo, lo que supone un incremento en
su volumen. Es el incremento de volumen que experimenta un cuerpo de determinada
sustancia, de volumen igual a la unidad, al elevar su temperatura un grado Celsius. El
coeficiente de dilatación volumétrica se representa por la letra griega beta β y es el cubo de
la dilatación lineal. Si se conoce el coeficiente de dilatación cúbica de un material, se puede
calcular su volumen final al cambiar su temperatura, utilizando la expresión:
Donde V significa volumen y T significa temperatura. Los subíndices f e i, indican inicial y
final respectivamente.
Es importante tomar en cuenta lo siguiente:
1.
La dilatación de un material sólido, pero hueco, se toma como si el material no
fuera hueco, como si estuviera lleno del mismo material.
2.
Cuando se dilata un liquido, también lo hace el recipiente que lo contiene, por lo
que a la dilatación del liquido debe agregársele la del material del que esta hecho el
recipiente
3.
El coeficiente de dictación cúbica es el mismo para cualquier gas, esto es:
β  0 00366 ºC-1
Ejemplo:
Una barra de aluminio de 0.04 m3, que originalmente se encuentra a 12ºC se calienta a
30ºC. Si para el aluminio el coeficiente de dilatación cúbica es β = 67.2 × 10-6 ºC-1, calcular
su volumen final y su dilatación cúbica.
Solución:
Datos:
Fórmula y sustitución
β = 67.2 × 10 ºC
Vi = 0.04 m3
T0 = 12ºC
Tf = 30ºC
Vf = ?
-6
-1
Fórmula:
Sustitución:
Vf 0.04 m3 ( 1 67.2 × 10-6 ºC-1 ( 30ºC 2ºC ))
Vf 0.04 m3 ( 1 67.2 × 10-6 ºC-1 (ºC ))
Vf 0.04 m3 (10 001155)
Vf 0.04 m3 (1.001155)
Vf 0,040046 m3
La dilatacion es V  Vf - Vi , entonces:
 V = 0.040046 m3 - 0.04 m3 = 0.000046 m3
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