Calor y temperatura
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Breves conceptos sobre la temperatura y el calor, y ejercicios sobre los tipos de dilatación.

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Calor y temperatura Calor y temperatura Presentation Transcript

  • Calor y Temperatura Equipo 9
  • Calor• Es la suma de la energía cinética de todas las moléculas de una sustancia. Temperatura Es la medida de la energía cinética media de las moléculas de una sustancia.
  • Transferencia de Calor El calor o energía térmica siempre se propaga de los cuerpos calientes a los fríos, de tres maneras diferentes: a) Conducción b) Convección c) Radiación
  • Conducción Forma de propagación de calor, a través de un cuerpo sólido, debido al choque entre moléculas.
  • Convección Es la propagación del calor provocada por el movimiento de la sustancia caliente.
  • Radiación Propagación del calor por medio de ondas electromagnéticas esparcidas, incluso en el vacío a una velocidad de 300mil Km/s
  • Medidas de la Temperatura Se utilizan como medidas: En el SI: Los grados Kelvin (K) En el sistema CGS: Los grados Celsius (°C) En el sistema Inglés: Los grados Fahrenheit (°F)
  • Equivalencias Grados Celsius a Fahrenheit. F 1 .8 C 32 Grados Fahrenheit a Celsius. F 32 C 1 .8 Grados Celsius a Kelvin K C 273
  • Aumento de la Temperatura Los cambios de temperatura afectan el tamaño de los cuerpos. Al calentarse se dilatan , aumentando su tamaño. Al enfriarse se contraen, disminuyendo su tamaño.
  • Dilatación Lineal En una barra de cualquier material, la dilatación provoca un aumento en su longitud. A eso se le conoce como dilatación lineal.
  • Coeficiente de Dilatación Lineal Es el incremento de longitud que experimenta una varilla de determinada sustancia cuando su temperatura se eleva 1°C y su longitud inicial es de 1m. Se calcula así: Lf L0 Donde: α es el coeficiente de L 0 (T f T 0) dilatación lineal en 1/°C Lf es la longitud final en metros L0 es la longitud inicial en metros Tf es la temperatura final T0 es la temperatura inicial
  • Coeficientes de Dilatación Lineal MATERIAL α (1/ C) Hierro 11.7×10-6 Aluminio 22.4×10-6 Cobre 16.7×10-6 Plata 18.3×10-6 Plomo 27.3×10-6 Níquel 12.5×10-6 Acero 11.5×10-6 Zinc 35.4×10-6 Vidrio 7.3×10-6
  •  Si conocemos el coeficiente de dilatación lineal de un material, podemos conocer su longitud final al aplicarle calor. A partir de la fórmula del coeficiente de dilatación. L f L [10 (T f T ) 0 Donde: α es el coeficiente de dilatación lineal en 1/°C Lf es la longitud final en metros L0 es la longitud inicial en metros Tf es la temperatura final
  • Ejercicios Un puente de acero de 100m de largo a 8°C aumenta su temperatura a 24°C. ¿De cuánto es ahora su longitud?L0 = 100m Lf L 0[1 (T f T 0) Lf =T0 = 8°C 100.0184 Lf=(100)[1+ 11.5×10-6 (24-Tf = 24°C 8)]α = 11.5×10- Lf=(100)(1.000184)6
  •  ¿Cuál es la longitud de una varilla de aluminio al disminuir la temperatura a -3°C. Si a 30°C tiene una longitud de 1.2m? L0 = 1.2m Lf L 0[1 (T f T 0) Lf = 1.1991m T0 = 30°C Lf=(1.2)[1+ 22.4×10-6 (-3- Tf = -3°C 30)] Lf=(1.2)(0.9992608) α = 22.4×10- 6
  • Dilatación de área Cuando una lámina se calienta, esta incrementa su tamaño en sus 2 dimensiones, largo y ancho. Incrementando su área en función de dichas dimensiones.
  • Coeficiente de dilatación de área Es el incremento en el área que experimenta una lámina de determinada sustancia cuando su temperatura se eleva 1°C y su área inicial es de 1m2. Se calcula duplicando el valor del coeficiente de dilatación lineal. Así:  γ = 2α γ = Coeficiente de dilatación de área α = Coeficiente de dilatación lineal
  • Coeficientes de Dilatación de Área MATERIAL γ (1/°C) Hierro 23.4×10-6 Aluminio 44.8×10-6 Cobre 33.4×10-6 Plata 36.6×10-6 Plomo 54.6×10-6 Níquel 25.0×10-6 Acero 23.0×10-6 Zinc 70.8×10-6 Vidrio 14.6×10-6
  •  Conociendo el coeficiente de dilatación por área podemos saber el área que tendrá una superficie de cualquier material al aplicarle calor. A partir de la ecuación del coeficiente de dilatación de área tenemos: Af A 0[1 (T f T 0 )] Donde: γ es el coeficiente de dilatación lineal en 1/°C Af es el área final en metros cuadrados A0 es el área inicial en metros cuadrados Tf es la temperatura final
  • Ejercicios A una temperatura de 40°C, una lámina de cobre tiene un área de 10m2. Si se aumenta la temperatura a 100°C, ¿Cuál será su área?A0 = 10m2 Af A 0[1 (T f T 0 )] Lf =T0 = 40°C 10.020004m2 Af = (10)[1+ 33.4×10-6 (100-Tf = 100°C 40)]γ = 33.4×10- Lf =(10)(1.002004)6
  •  Si a una lámina de zinc de 30m2 a 28°C, disminuimos su temperatura a -3°C. ¿Cuál sería su área?A0 = 30m2 Af A 0[1 (T f T 0 )] Lf =T0 = 28°C Af = (30)[1+ 70.8×10-6 (-3- 29.934156m2Tf = -3°C 28)]γ = 70.8×10-6 Af =(30)(0.9978052)
  • Dilatación cúbica Implica el aumento en las dimensiones de un cuerpo: largo, ancho y alto, al aplicarse calor, lo que significa un incremento de volumen.
  • Coeficiente de Dilatación Cúbica 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. Equivale al triple del coeficiente de dilatación lineal. Así: 3  β = Coeficiente de dilatación cúbica  α = Coeficiente de dilatación lineal
  • Coeficientes de Dilatación Cúbica MATERIAL β (1/°C) Hierro 35.1×10-6 Aluminio 44.8×10-6 Cobre 50.1×10-6 Mercurio 182×10-6 Glicerina 485×10-6 Alcohol Etílico 746×10-6 Petróleo 895×10-6 Acero 34.5×10-6 Vidrio 21.9×10-6
  •  Conociendo el coeficiente de dilatación cúbica de una sustancia, podemos calcular el volumen que tendrá al variar su temperatura con la siguiente expresión: Vf V 0[1 (T f T 0 )] Donde: β es el coeficiente de dilatación cúbica en 1/°C Vf es el volumen final en metros cúbicos. V0 es el volumen inicial en metros cúbicos. Tf es la temperatura final. T0 es la temperatura inicial.
  • Ejercicios Si se tienen 2m3 de alcohol etílico a 25° y se reduce la temperatura a -1°C. ¿Cuál será el volumen que ocupe? V0 = 2m3 Vf V 0[1 (T f T 0 )] T0 = 25°C Vf = (2)[1+ 746×10-6 (-1- Tf = -1°C 25)] β = 746×10- Vf = (2)(0.980604) 6 Vf = 1.961208m3
  •  0.5 m3 de mercurio se encuentran a una temperatura de 0°C. ¿Cuál será su volumen si se aumenta la temperatura a 100°C?V0 = 0.5m3 Vf V 0[1 (T f T 0 )]T0 = 0°C Vf = (0.5)[1+ 182×10-6 (0-Tf = 100°C 100)] Vf = (0.5)(0.9818)β = 182×10- Vf = 0.4909m36
  • Capacidad Calorífica Se le conoce como capacidad calorífica a la relación existente entre la aplicación de calor a un cuerpo y la variación de la temperatura de este al aplicar dicho calor. Se expresa: El calor puede estar expresado en Q calorías, C kcal, joule, erg o Btu; y la temperatura en °C, T °K, o °F; las unidades de la capacidad calorífica pueden ser en: cal/oC, kcal/oC, J/oC, J/oK, erg/oC, Btu/oF.
  • Calor Específico El calor específico de una sustancia es igual a la capacidad calorífica dividida entre su masa. Entonces se tiene que: C Y como C= ∆Q/ Ce ∆T, entonces se tiene: m Q Ce m T Donde Ce= Calor específico expresado en cal/g°C ∆Q= Calor aplicado en calorías. m= Masa de objeto, dado en kg. ∆T= Variación en la temperatura en °C
  •  El calor específico se puede entender como la cantidad de calor que necesita un gramo de una sustancia para elevar su temperatura un grado Celsius. Podemos obtener el siguiente despeje de la formula:Q mC e T
  • Ejercicios ¿Qué cantidad de calor se debe aplicar a una barra de plata de 5 kg para que eleve su temperatura de 2°C a 80°C? m= 5Kg Q mC e T ∆T= 80-20 =40°C Q= (5)(0.056)(40) Ce=0.056cal/g°C Q=11.2 cal