Revista Unidad 1 FĂsica 2
¿Qué es temperatura? La temperatura es una magnitud que refleja el nivel térmico de un cuerpo (su capacidad para ceder energía calorífica) y el calor es la energía que pierde o gana en ciertos procesos (es un flujo de energía entre dos cuerpos que están a diferentes temperaturas).
¿Qué es Calor? Calor es el movimiento de las moléculas, tiene que ver con la cantidad de movimiento y aumento de volumen (dilatación) por el espacio necesario para ese "temblar" en sólidos y líquidos, o la velocidad de las moléculas libres en los gases.
La diferencia entre calor y temperatura: El calor es la energía total del movimiento molecular en una sustancia, mientras temperatura es una medida de la energía molecular media. El calor depende de la velocidad de las partículas, su número, su tamaño y su tipo. La temperatura no depende del tamaño, del número o del tipo. Por ejemplo, la temperatura de un vaso pequeño de agua puede ser la misma que la temperatura de un cubo de agua, pero el cubo tiene más calor porque tiene más agua y por lo tanto más energía térmica total.
¿Que se llama calor? Es la transferencia de energía entre diferentes cuerpos o diferentes zonas de un mismo cuerpo que se encuentran a distintas temperaturas. Este flujo siempre ocurre desde el cuerpo de mayor temperatura hacia el cuerpo de menor temperatura, ocurriendo la transferencia de calor hasta que ambos cuerpos se encuentren en equilibrio térmico.
¿En que se mide el calor? La calorimetría se encarga de medir el calor en una reacción química o un cambio físico usando un calorímetro. La calorimetría indirecta calcula el calor que los organismos vivos producen a partir de la producción de dióxido de carbono y de nitrógeno (urea en organismos terrestres), y del consumo de oxígeno.
¿En que se mide la temperatura? La temperatura se mide con termómetros, los cuales pueden ser calibrados de acuerdo a una multitud de escalas que dan lugar a unidades de medición de la temperatura. En el Sistema Internacional de Unidades, la unidad de temperatura es el kelvin (K), y la escala correspondiente es la escala Kelvin o escala absoluta, que asocia el valor "cero kelvin" (0 K) al "cero absoluto", y se gradúa con un tamaño de grado igual al del grado Celsius. Sin embargo, fuera del ámbito científico el uso de otras escalas de temperatura es común. La escala más extendida es la escala Celsius (antes llamada centígrada); y, en mucha menor medida, y prácticamente sólo en los Estados Unidos, la escala Fahrenheit.
¿Qué diferencia existe entre estas magnitudes? El calor es la energía total del movimiento molecular en una sustancia, mientras temperatura es una medida de la energía molecular media. El calor depende de la velocidad de las partículas, su número, su tamaño y su tipo. La temperatura no depende del tamaño, del número o del tipo. Por ejemplo, la temperatura de un vaso pequeño de agua puede ser la misma que la temperatura de un cubo de agua, pero el cubo tiene más calor porque tiene más agua y por lo tanto más energía térmica total. El calor es lo que hace que la temperatura aumente o disminuya. Si
añadimos calor, la temperatura aumenta. Si quitamos calor, la temperatura disminuye. Las temperaturas más altas tienen lugar cuando las moléculas se están moviendo, vibrando y rotando con mayor energía.
Termómetro: ¿En qué consiste un termómetro? ¿Cómo se construye? ¿Cuántas variedades? ¿En que se aplica cada una? El termómetro es un instrumento de medición de temperatura. Desde su invención ha evolucionado mucho, principalmente a partir del desarrollo de los termómetros electrónicos digitales. Inicialmente se fabricaron aprovechando el fenómeno de la dilatación, por lo que se prefería el uso de materiales con elevado coeficiente de dilatación, de modo que, al aumentar la temperatura, su estiramiento era fácilmente visible. El metal base que se utilizaba en este tipo de termómetros ha sido el mercurio, encerrado en un tubo de vidrio que incorporaba una escala graduada. Orales, timpánicos, axilares o rectales, también los hay de mercurio o digitales; la variedad de termómetros es amplia y aunque tienen el mismo objetivo, algunos son más exactos y otros son fáciles de usar. Hay tres condiciones esenciales para tomar correctamente la temperatura: medirla siempre en el mismo lugar del cuerpo, emplear el mismo termómetro y mantenerlo limpio.
Tipos de Termómetros • Termómetro de mercurio: es un tubo de vidrio sellado que contiene un líquido, generalmente mercurio o alcohol coloreado, cuyo volumen cambia con la temperatura de manera uniforme. Este cambio de volumen se visualiza en una escala graduada. El termómetro de mercurio fue inventado por Fahrenheit en el año 1714. • Pirómetro: son utilizados en fundiciones, fábricas de vidrio, etc. Existen varios tipos según su principio de funcionamiento:[3] o Pirómetro óptico: se fundamentan en la ley de Wien de distribución de la radiación térmica, según la cual, el color de la radiación varía con la temperatura. El color de la radiación de la superficie a medir se compara con el color emitido por un filamento que se ajusta con un reostato calibrado. Se utilizan para medir temperaturas elevadas, desde 700 °C hasta 3.200 °C, a las cuales se irradia suficiente energía en el espectro visible para permitir la medición óptica.
o Pirómetro de radiación total: se fundamentan en la ley de StefanBoltzmann, según la cual, la intensidad de energía emitida por un cuerpo negro es proporcional a la cuarta potencia de su temperatura absoluta. o Pirómetro de infrarrojos: captan la radiación infrarroja, filtrada por una lente, mediante un sensor foto resistivo, dando lugar a una corriente eléctrica a partir de la cual un circuito electrónico calcula la temperatura. Pueden medir desde temperaturas inferiores a 0 °C hasta valores superiores a 2.000 °C. o Pirómetro fotoeléctrico: se basan en el efecto fotoeléctrico, por el cual se liberan electrones de semiconductores cristalinos cuando incide sobre ellos la radiación térmica. • Termómetro de lámina bimetálica: Formado por dos láminas de metales de coeficientes de dilatación muy distintos y arrollados dejando el coeficiente más alto en el interior. Se utiliza sobre todo como sensor de temperatura en el termohigrógrafo. • Termómetro de gas: Pueden ser a presión constante o a volumen constante. Este tipo de termómetros son muy exactos y generalmente son utilizados para la calibración de otros termómetros. • Termómetro de resistencia: consiste en un alambre de algún metal (como el platino) cuya resistencia eléctrica cambia cuando varía la temperatura. • Termopar: un termopar es un dispositivo utilizado para medir temperatura basada en la fuerza electromotriz que se genera al calentar la soldadura de dos metales distintos. • Termistor: Se detecta la temperatura con base a un termistor que varía el valor de su resistencia eléctrica en función de la temperatura. Un ejemplo son los termómetros que hacen uso de integrados como el LM35 (el cual contiene un termistor). Las pequeñas variaciones de tensión entregadas por el integrado son acopladas para su posterior procesamiento por algún conversar analógico-digital para convertir el valor de la tensión a un número binario. Posteriormente se despliega la temperatura en un visualizador. Los termómetros digitales son aquellos que usan alguno de los efectos físicos mencionados anteriormente y donde luego se utiliza un circuito electrónico para medir la temperatura y luego mostrarla en un visualizador.
¿Qué es una sustancia termométrica? Una propiedad termométrica de una sustancia es aquella que varía en el mismo sentido que la temperatura, es decir, si la temperatura aumenta su valor, la propiedad también lo hará, y viceversa. La Ley cero nos permite construir termómetros para la medición de la temperatura. Para ello necesitamos una sustancia que tenga una propiedad que varíe con la temperatura. A esa sustancia denominaremos sustancia termométrica y a la propiedad que depende de la temperatura propiedad termométrica. La sustancia termométrica puede ser el mercurio (Hg) y la propiedad termométrica el volumen. Otras propiedades termométricas pueden ser la presión, la resistencia eléctrica, la longitud de un alambre, el calor en un filamento de un bombillo. Cada sustancia termométrica conduce
a una escala termométrica particular. Entonces, es preciso adoptar un estándar mediante una sustancia termométrica, una propiedad termométrica y una escala termométrica.
¿Qué son los puntos fijos de un termómetro? PUNTOS FIJOS: son dos (2) puntos característicos en que la experiencia muestra que algunos fenómenos se reproducen siempre en las mismas condiciones. 1er Punto fijo: es el punto de fusión del hielo y es el estado térmico en que aparecen en equilibrio los estados sólido y líquido del agua pura. 2do Punto fijo: es el punto de ebullición del agua y es el estado térmico del vapor de agua en ebullición.
¿Como se lee un termómetro? Se toma el termómetro con la mano derecha por el lado opuesto al mercurio y se le hacen movimientos pequeños de vaivén hacia arriba y hacia abajo para poder ver la columna de mercurio que brilla como metal. En todos los termómetros el primer numero que hay a la izquierda es 35C°, y entre este y el próximo, que es el que indica 36C°, hay diez rayitas menores. Estas rayitas, que se encuentran entre cada numero, marcan las décimas de grados y permiten decir con exactitud cuantos grados y cuantas décimas tiene de temperatura el niño. Frente al 37C° hay generalmente una flecha que indica que si la columna de mercurio pasa de ese punto, puede haber fiebre. La ultima cifra a la derecha es 42C°,que es la máxima temperatura que alcanza el ser humano. Esto es con los termómetros de mercurio, ahora ya existen digitales loscuales en
unos cuantos segundos nos dan la temperatura.
¿Cómo se corrige un termómetro? El termómetro se corrige sumando o restando la cantidad de grados que este desfasado dicho instrumento. Ej.: Si marca -1º C se debe sumar 1º C a la medición final, si marca +1º C, se debe restar 1º C a la medición final. Escalas termométricas: Tipos de escala descripción, características. Escala Celsius o Centígrada: Para esta escala, se toman como puntos fijos, los puntos de ebullición y de fusión del agua, a los cuales se les asignan los valores de 100 y 0 respectivamente. En esta escala, estos valores se escriben como 100° y 0° y se leen 100 grados Celsius y 0 grados Celsius respectivamente. Escala Fahrenheit: Los puntos fijos de esta escala son los de ebullición y fusión de una disolución de cloruro amónico en agua. En ella el grado 32 corresponde al 0 de la escala centígrada y el 212 al 100°C. Su Utilización se circunscribe a los países anglosajones y a Japón, aunque existe una marcada tendencia a la
unificación de sistemas en la escala centígrada. Escala Absoluta o de Lord Kelvin: Si bien en la vida diaria las escalas centígrada y Fahrenheit son las más importantes, en los estudios científicos se usa otra, llamada absoluta o de lord Kelvin, por haberla inventado este físico inglés. En la escala absoluta, al 0ºC le hace corresponder 273ºK (ºK se lee grados Kelvin); a los 100ºC corresponde 373ºK. Se ve inmediatamente que 0ºK está a una temperatura que un termómetro centígrado señalará como -273ºC. El pasaje de una escala a la otra es muy sencillo, pues, según el caso, basta sumar o restar 273.
¿Qué es el equivalente mecánico del calor? La energía mecánica puede convertirse en calor a través del rozamiento, y el trabajo mecánico necesario para producir 1 caloría se conoce como equivalente mecánico del calor. A una caloría le corresponden 4,1855 joules. Según la ley de conservación de la energía, todo el trabajo mecánico realizado para producir calor por rozamiento aparece en forma de energía en los objetos sobre los que se realiza el trabajo. Joule fue el primero en demostrarlo de forma fehaciente en un experimento clásico: calentó agua en un recipiente cerrado haciendo girar unas ruedas de paletas y halló que el aumento de temperatura del agua era proporcional al trabajo realizado para mover las ruedas. Cuando el calor se convierte en energía mecánica, como en un motor de combustión interna, la ley de conservación de la energía
también es válida. Sin embargo, siempre se pierde o disipa energía en forma de calor porque ningún motor tiene una eficiencia perfecta.
¿Cuáles son los efectos del calor? El calor dilata los cuerpos: todos los cuerpos, cuando se calientan, aumentan de volumen, modifica los estados de la materia, convirtiendo los sólidos en líquidos y éstos en gases. Es importante observar que mientras se produce el cambio de estado no aumenta la temperatura del cuerpo. También hace variar la temperatura. Sensación térmica La temperatura es una de las manifestaciones de la energía térmica contenida en un cuerpo. Todos tenemos una apreciación intuitiva del concepto de temperatura, y podemos diferenciar al tacto, la diferencia entre un cuerpo caliente y uno frío, porque ya por defecto tenemos esa posibilidad "de fábrica". El aire que nos rodea no es excepción, así es que de cierta forma, podemos "medir" la temperatura del aire ambiente, midiendo la temperatura de la capa más externa de la piel en contacto con él, y sentirnos más o menos a gusto según esta sea menor o mayor. Esta sensación térmica que corresponderá a la temperatura de la piel, está influida notablemente por varios factores, de manera que nuestro "medidor" de temperatura natural, puede diferir notablemente de un termómetro físico. Por tal motivo podemos sentir más frío o calor del que realmente existe, teniendo en cuenta solo la temperatura ambiente.
¿Qué es radiación?
El fenómeno de la radiación consiste en la propagación de energía en forma de ondas electromagnéticas o partículas subatómicas a través del vacío o de un medio material.
¿Que es Convección?
La convección es una de las tres formas de transferencia de calor y se caracteriza porque se produce por medio de un fluido (líquido o gas) que transporta el calor entre zonas con diferentes temperaturas. La convección se produce únicamente por medio de materiales fluidos. Lo que se llama convección en sí, es el transporte de calor por medio del movimiento del fluido, por ejemplo: al trasegar el fluido por medio de bombas o al calentar agua en una cacerola, la que está en contacto con la parte de abajo de la cacerola se mueve hacia arriba, mientras que el agua que está en la superficie, desciende, ocupando el lugar que dejó la caliente.
Conducción de calor
El segundo principio de la termodinámica determina que el calor sólo puede fluir de un cuerpo más caliente a uno más frío, la ley de Fourier fija cuantitativamente la relación entre el flujo y las variaciones espacial y temporal de la temperatura. La conducción de calor o transmisión de calor por conducción es un proceso de transmisión de calor basado en el contacto directo entre los cuerpos, sin intercambio de materia, por el que el calor fluye desde un cuerpo a mayor temperatura a otro a menor temperatura que está en contacto con el primero. La propiedad física de los materiales que determina su capacidad para conducir el calor es la conductividad térmica. La propiedad inversa de la conductividad térmica es la resistividad térmica, que es la capacidad de los materiales para oponerse al paso del calor. La transmisión de calor por conducción, entre dos cuerpos o entre diferentes partes de un cuerpo, es el intercambio de energía interna, que es una combinación de la energía cinética y energía potencial de sus partículas microscópicas: moléculas, átomos y electrones. La conductividad térmica de la materia depende de su estructura microscópica: en un fluido se debe principalmente a colisiones aleatorias de las moléculas; en un sólido depende del intercambio de electrones libres (principalmente en metales) o de los modos de vibración de sus partículas microscópicas (dominante en los materiales no metálicos).1
Leyes de los gases: Las primeras leyes de los gases fueron desarrollados desde finales del siglo XVII, cuando los científicos empezaron a darse cuenta de que en las relaciones entre la presión, el volumen y la temperatura de una muestra de gas, en un sistema cerrado, se podría obtener una fórmula que sería válida para todos los gases.
Ley de Charles La ley de Charles, o ley de los volúmenes, fue descubierta en 1778. Se dice que, para un gas ideal a presión constante, el volumen es directamente proporcional a la temperatura absoluta (en grados Kelvin). Esto se puede encontrar utilizando la teoría cinética de los gases o un recipiente con calentamiento o enfriamiento [sin congelar <0] con un volumen variable (por ejemplo, un frasco cónico con un globo). 5 Donde T es la temperatura absoluta del gas (en grados Kelvin) y k2 (en m3·K−1) es la constante producida. Ley de Gay-Lussac Postula que si se mantiene constante el volumen de un gas y se aumenta su temperatura, la presión del mismo aumenta proporcionalmente
Combinación y leyes de los gases ideales Ley de Boyle establece que el producto presión-volumen es constante: Ley de Charles muestra que el volumen es proporcional a temperatura absoluta: Ley de Gay-Lussac dice que la presión es proporcional a la temperatura absoluta: Donde P es la presión, V el volumen y T la temperatura absoluta de un gas ideal. Mediante la combinación de (2) o (3) podemos obtener una nueva ecuación con P, V y T. Definiendo el producto de K2 por K3 como K4 : Multiplicando esta ecuación por (1): Definiendo k5 como el producto de k1 por k4 reordenando la ecuación:
Sacando raíz cuadrada:
Renombrando la ra铆z cuadrada de k5 como K nos queda la ecuaci贸n general de los gases:
Cambio de estado En física y química se denomina cambio de estado la evolución de la materia entre varios estados de agregación sin que ocurra un cambio en su composición. Los tres estados más estudiados y comunes en la Tierra son el sólido, el líquido y el gaseoso; no obstante, el estado de agregación más común en el Universo es el plasma, material del que están compuestas las estrellas (si se descarta la materia oscura). Un estado físico es cada una de las situaciones o formas físicamente distinguibles mediante la medición de alguna(s) propiedad(es) que puede adoptar un sistema físico en su evolución temporal. Es decir, en un sistema físico que está sufriendo cambios, un estado físico es cualquiera de las situaciones posibles como resultado de dichos cambios.
¿CUALES SON LOS TIPOS DE CAMBIO DE ESTADO? Son los procesos en los que un estado de la materia cambia a otro manteniendo una semejanza en su composición. A continuación se describen los diferentes cambios de estado o transformaciones de fase de la materia: • Fusión: Es el paso de un sólido al estado líquido por medio del calor; durante este proceso endotérmico (proceso que absorbe energía para llevarse a cabo este cambio) hay un punto en que la temperatura permanece constante •
Solidificación: Es el paso 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.
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Vaporización y ebullición: Son los procesos físicos en los que un líquido pasa a estado gaseoso. Si se realiza cuando la temperatura de la totalidad del líquido iguala al punto de ebullición del líquido a esa presión continuar calentándose 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.
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Condensación: Se denomina condensación al cambio de estado de la materia que se pasa de forma gaseosa a forma líquida. Es el proceso inverso a la vaporación. 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.
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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 Sublimación inversa; es decir, el paso directo del estado gaseoso al estado sólido. Un ejemplo clásico de sustancia capaz de sublimarse es el hielo seco
Calor específico El calor específico es una magnitud física que se define como la cantidad de calor que hay que suministrar a la unidad de masa de una sustancia o sistema termodinámico para elevar su temperatura en una unidad (kelvin o grado Celsius). En general, el valor del calor específico depende de dicha temperatura inicial.[1] [2] Se le representa con la letra c (minúscula).
Capacidad calorífica La capacidad calorífica de un cuerpo es el cociente entre la cantidad de energía calorífica transferida a un cuerpo o sistema en un proceso cualquiera y el cambio de temperatura que experimenta. En una forma menos formal es la energía necesaria para aumentar una unidad de temperatura (SI: 1 K) de una determinada sustancia, (usando el SI).[1] Indica la mayor o menor dificultad que presenta dicho cuerpo para experimentar cambios de temperatura bajo el suministro de calor. Puede interpretarse como una medida de inercia térmica. Es una propiedad extensiva, ya que su magnitud depende, no solo de la sustancia, sino también de la cantidad de materia del cuerpo o sistema; por ello, es característica de un cuerpo o sistema particular. Por ejemplo, la capacidad calorífica del agua de una piscina olímpica será mayor que la de un vaso de agua. En general, la capacidad calorífica depende además de la temperatura y de la presión.