1.1 - Colegio del Sagrado Corazón

COLEGIO DEL SAGRADO CORAZÓN.
DEPARTAMENTO DE CIENCIAS.
ASIGNATURA: FÍSICA 11º
NOMBRE DEL ESTUDIANTE: _______________________________
Esta guía tiene como objetivo que el estudiante:
Aprenda a escuchar a sus compañeros y a pedir la palabra con respeto.
Participe activamente en la clase, aportando sus ideas e inquietudes, contribuyendo de esta manera a crear un ambiente
adecuado de trabajo.
Identifique las características de la temperatura y el calor.
Resuelva problemas a partir de la caracterización numérica de la temperatura y el calor.
1.1 Temperatura y calor.
La temperatura es una magnitud referida a las nociones comunes de caliente o frío. Por lo general, un objeto más "caliente" que otro
puede considerarse que tiene una temperatura mayor, y si es frío, se considera que tiene una temperatura menor. En física, se define
como una magnitud escalar relacionada con la energía interna de un sistema termodinámico, definida por el principio cero de la
termodinámica. Más específicamente, está relacionada directamente con la parte de la energía interna conocida como "energía
sensible", que es la energía asociada a los movimientos de las partículas del sistema, sea en un sentido traslacional, rotacional, o en
forma de vibraciones. A medida de que sea mayor la energía sensible de un sistema, se observa que éste se encuentra más "caliente";
es decir, que su temperatura es mayor.
En el caso de un sólido, los movimientos en cuestión resultan ser las vibraciones de las partículas en sus sitios dentro del sólido. En el
caso de un gas ideal monoatómico se trata de los movimientos traslacionales de sus partículas (para los gases multiatómicos los
movimientos rotacional y vibracional deben tomarse en cuenta también)
El Kelvin es la unidad de medida del SI. La escala Kelvin absoluta es parte del cero absoluto y define la magnitud de sus unidades, de
tal forma que el punto triple del agua es exactamente a 273,16 K.
Kelvin
Grado Celsius
Grado Fahrenheit
Celsius
Fahrenheit
Ley cero de la termodinámica: La termodinámica, por definirla de una
manera muy simple, fija su atención en el interior de los sistemas físicos, en
los intercambios de energía en forma de calor que se llevan a cabo entre un
sistema
y otro.
las magnitudes
macroscópicas
que se relacionan
con el
En
resumen,
el finAúltimo
de la termodinámica
es encontrar
entre las coordenadas
termodinámicas relaciones generales coherentes con
estado
interno
de un de
sistema
se les
llama
los
principios
básicos
la física,
este
temacoordenadas
se ampliará termodinámicas;
más adelante. éstas
nos van a ayudar a determinar la energía interna del sistema.
La Ley cero de la termodinámica nos dice que si tenemos dos cuerpos llamados A y B, con diferente temperatura uno de otro, y los
ponemos en contacto, en un tiempo determinado t, estos alcanzarán la misma temperatura, es decir, tendrán ambos la misma
temperatura. Si luego un tercer cuerpo, que llamaremos C se pone en contacto con A y B, también alcanzará la misma temperatura y,
por lo tanto, A, B y C tendrán la misma temperatura mientras estén en contacto.
Dilatación lineal, superficial y cúbica.
Si dos cuerpos A y B están en equilibrio térmico con un cuerpo C, entonces A y B se encuentran en equilibrio térmico entre sí.
Cuando se eleva la temperatura de los cuerpos microscópicamente las moléculas empiezan a vibrar alrededor de su posición de
equilibrio, pero además ocurre un desplazamiento de estas mismas posiciones, este fenómeno es llamado dilatación, que puede ocurrir
lineal, superficial y cúbicamente. Cuando hablamos de la dilatación lineal nos referimos al caso específico de una barra metálica, la
cual presenta una variación de su longitud debido al cambio de temperatura. La dilatación la podemos hallar, mediante la siguiente
expresión:
Donde = coeficiente de dilatación.
En una placa metálica de área A la dilatación superficial se puede hallar mediante la siguiente expresión:
La variación del volumen de los sólidos, los líquidos y gases, esto a presión constante la podemos expresar de la siguiente manera:
. Donde = coeficiente de dilatación cúbica.
Aluminio
Latón
Cobre
Acero
Vidrio ordinario
Vidrio pyrex
Invar
Platino
24x10-6
20x10-6
16x10-6
12x10-6
9x10-6
3x10-6
0.8x10-6
9x10-6
Mercurio
Glicerina
Alcohol etílico
Petróleo
180x10-6
500x10-6
750x10-6
900x10-6
Sustancia
Agua
Hielo
Vidrio
Plomo
Aluminio
Mercurio
Cobre
Hierro
c
1
0,5
0,2
0,03
0,2
0,033
0,1
0,1
Calor específico: El calor es la energía transferencial dentro dos cuerpos que se encuentran
interactuando, debido a una diferencia de temperaturas, por tal motivo se puede considerar como la
energía cinética transferida de las moléculas que forman un cuerpo a las moléculas del otro.
La caloría se define como la cantidad de calor que será suministrada a 1g de agua para elevar su
temperatura 1°C, hoy en día se define en forma exacta la caloría, equivalente a 4,18J. A esto se le
llama equivalente mecánico del calor. Cuando se le suministra calor a un cuerpo aumentara su
temperatura y se puede hacer una relación con su masa y su calor especifico, lo cual lo podemos
expresar de la siguiente manera: Q= mcΔT , Q = calor, m = masa, c = calor especifico.
Cambios de estado o de fase: Los cambios de estado o fases van de la mano con la absorción o el desprendimiento del calor, pero a
una temperatura constante. En la fusión se altera la estructura cristalina de un sólido, en la vaporación las fuerzas entre las moléculas
se reduce a 0. Por tal motivo analizando estos fenómenos estructurales se puede concluir que: el calor de transformación o también
llamado el calor latente es la cantidad de calor que se necesita para cambiar un cuerpo de estado o de fase, despidiendo de la masa del
cuerpo, matemáticamente se expresa de la siguiente forma:
L= calor latente
m= masa Q= calor
Las temperaturas en las que cuales ocupan estos cambios se llaman puntos de fusión o congelación, puntos de ebullición o
condensación.
A continuación se describen los diferentes cambios de estados o transformaciones de fase de la materia:
Fusión: Es el paso de un sólido al estado líquido por medio de la energía térmica; durante este proceso isotérmico (proceso que
absorbe energía para llevarse a cabo este cambio) hay un punto en que la temperatura permanece constante. El "punto de fusión" es la
temperatura a la cual el sólido se funde, por lo que su valor es particular para cada sustancia. Cuando dichas moléculas se moverán en
una forma independiente, transformándose en un liquido.
Solidificación: Es la transformación de un líquido a sólido por medio del enfriamiento; el proceso es exotérmico. El "punto de
solidificación" o de congelación es la temperatura a la cual el líquido se solidifica y permanece constante durante el cambio, y
coincide con el punto de fusión si se realiza de forma lenta (reversible); su valor es también específico.
Vaporización: es el proceso físico en el que un líquido pasa a estado gaseoso. Se realiza cuando la temperatura de la totalidad del
líquido iguala al punto de ebullición del líquido a esa presión. Si se continúa calentando el líquido, éste absorbe el calor, pero sin
aumentar la temperatura: el calor se emplea en la conversión del agua en estado líquido en agua en estado gaseoso, hasta que la
totalidad de la masa pasa al estado gaseoso. En ese momento es posible aumentar la temperatura del gas. La evaporación es importante
e indispensable en la vida cuando se trata del agua, que se transforma en nube y vuelve en forma de lluvia, nieve, niebla o rocío.
Cuando existe un espacio libre encima de un líquido caliente, una parte de sus moléculas está en forma gaseosa, al equilibrase, la
cantidad de materia gaseosa define la presión de vapor saturante, la cual no depende de la temperatura.
Condensación: Se denomina condensación al cambio de estado de la materia que se encuentra en forma gaseosa a forma líquida. Es el
proceso inverso a la vaporización. Si se produce un paso de estado gaseoso a estado sólido de manera directa, el proceso es llamado
sublimación inversa. Si se produce un paso del estado líquido a sólido se denomina solidificación.
Sublimación: es el proceso que consiste en el cambio de estado de la materia sólida al estado gaseoso sin pasar por el estado líquido.
Al proceso inverso se le denomina Cristalización inversa; es decir, el paso directo del estado gaseoso al estado sólido. Un ejemplo
clásico de sustancia capaz de sublimarse es el hielo seco. Es importante hacer notar que en todas las transformaciones de fase de las
sustancias es de que éstas no se transforman en otras sustancias ni sus propiedades, solo cambia su estado físico.
Las diferentes transformaciones de fase de la materia en este caso las del agua son necesarias y provechosas para la vida y el sustento
del hombre cuando se desarrollan normalmente
Problemas
1. a) ¿Cuál será la longitud de alambre de acero a 100°C si a 0°C mide 100m? b) ¿Cuál será la longitud de un alambre de aluminio a
100°C si a 0°C mide 100m?
2. Un hilo de metal AB, de 100cm de longitud, tiene un coeficiente de dilatación lineal de 40x10-6. Se calienta a 500°C. a)¿Cuál es la
nueva longitud? b) Por efecto de la temperatura, el punto medio M del hilo se aleja hasta M’, mientras los puntos A y B quedan fijos,
formando un triángulo isósceles. Determine el valor de MM’.
3. a) ¿Cuál será el área de una placa de acero a 100°C si a 0°C de mide 100cm2? b) Esta placa de acero tenía un hueco de 10cm2 a 0°C
¿Cuál será el área del hueco a 100°C?
4. Un anillo de acero tiene área interna de 100cm2 a 20°C y se quiere que rodea una rueda de área 100.72cm2 ¿Hasta qué temperatura
se debe calentar?
5. Un cubo de latón de arista 10cm se dilata 12 cm3 ¿Cuál fue el aumento de la temperatura?
6. Se mezclan una masa de agua a 20°C, con una masa doble de agua a 50°C ¿Cuál es la temperatura final de la mezcla?
7. Un bloque de metal de masa 125g a 100°C se introduce en un calorímetro que contiene 200g de agua a 12°C, la temperatura final
del conjunto es 20°. Determine el calor específico del metal.
8. Un calorímetro de masa 50g y calor especifico 0.2cal g°C contiene 200g de cierto liquido a una temperatura de 25°C, se vierten
dentro del calorímetro 20g mas del mismo liquido, a 85°C. ¿Cuál es el calor específico del líquido, si la temperatura final es 30°C?
9. Se mezclan 10g de vapor de agua (calor de vaporización del agua 540cal gr) a 100°C, con 25g de hielo, a 0°C, y con 25g de agua a
16°C ¿Cuál es la temperatura final? (fusión del hielo 80cal gr).
10. Un líquido de densidad ρ y coeficiente de dilatación cúbica β y calor específico c, recibe Q calorías. ¿Cuál es el aumento del
volumen de este líquido?
11. Dentro de un termo refrigerante de icopor de 20x30x50cm y de espesor 3cm. Se coloca 100g de hielo a 0°. ¿Cuánto tiempo se
demora para fundirse si el exterior esta a 30°C?