Clase 21 Termometria y Calor

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CATEDRA DE FÍSICA I
Clase de termometría y calor
Ing. Roberto Ricardo Moyano
Termometría
EQUILIBRIO TÉRMICO
Para que un sistema esté en equilibrio térmico 
debe llegar al punto en que ya no hay intercambio 
neto de calor entre sus partes, además ninguna de 
las propiedades que dependen de la temperatura 
debe variar.
Termometría
Una propiedad física que varia con la temperatura se 
denomina “propiedad termométrica”
Ejemplos: 
• La longitud
• El volumen
• La resistencia eléctrica
Termometría
Cualquier instrumento utilizado para la medida de 
la temperatura se denomina termómetro
Los termómetros utilizan alguna propiedad 
termométrica para poder medir la temperatura 
que alcanza un cuerpo 
Termometría
Para definir una escala termométrica se eligen dos temperaturas de 
referencia llamadas puntos fijos, a los cuales se asignan valores 
arbitrarios a dichas temperaturas, fijando así la posición del punto 
cero y el valor de la unidad de temperatura
Puntos Fijos: 
• Fusión del hielo
• Ebullición del agua 
Termometría
Relación entre las escalas de temperaturas Celsius y 
Fahrenheit
T°C = 5/9 (t °f - 32)
Termometría
Escalas de Temperaturas:
Relación °C y °K
T (°k)= T°C + 273,15
Dilatación Lineal
Si una barra se somete a un incremento de temperatura, su 
variación de longitud puede ser interpretada como: 
L = L – L0
Donde L0 es longitud inicial
“L” es longitud a una 
temperatura mas alta
“L” es el aumento de longitud experimentado por el 
calentamiento
“L” es proporcional a la longitud inicial y al aumento de 
temperatura
L  L0 T siendo  una constante de proporcionalidad 
distinta para cada sustancia denominada coeficiente de 
dilatación lineal
La ecuación es por lo tanto L =  L0 T
Dilatación Superficial
Considerando el cuerpo como una lámina y al 
calentarse aumenta tanto su longitud como su 
anchura. Es decir las dimensiones son:
L = L0 (1 + T) y b = b0 (1 + T)
Como el area inicial es A0 = L0 b0 por lo tanto 
después de calentada A = L b 
A = L0 b0 (1 + T) (1 + T) 
A = A0 (1 + 2T + (T)2 ) 
El término (T)2 es muy pequeño
A = A0 (1 + 2T) definimos el coeficiente de 
dilatación superficial como  =2
A = A0 (1 +  T)
Dilatación cúbica
De forma análoga podemos considerar un bloque de dimensiones
L0, b0 y c0  V0 = L0. b0 . c0 
V = L . b . C
V= L0 (1 + T) . b0 (1 + T). c0 (1 + T)
V= L0 . b0 . c0 (1 + T)3
Desarrollando el cubo del binomio y despreciando los términos 
pequeños se tiene:
V = V0 (1 + 3T) 
definimos a  = 3 como el coeficiente
de dilatación cúbica de la sustancia
La ecuación es V = V0 (1 +  T) 
Fatiga de origen térmico
Estas fatigas se originan cuando una barra tiene sus 
extremos fijos rígidamente, de modo que no es 
posible la dilatación o contracción cuando se 
modifica la temperatura de la barra, que pueden 
sobrepasar el límite de elasticidad y aun el de 
Ruptura.
Para el cálculo de la Fatiga térmica se hace:
La variación relativa de longitud 
L/L0 = T y teniendo en cuenta la definición 
del módulo de Young Y = F/A
L/L0
Fatiga de origen térmico
Despejando fuerza 
F = A Y L/L0
Sustituyendo la expresión de la variación relativa de
la longitud se tiene:
F = A Y T 
De la expresión se despeja la fatiga de origen 
térmico: 
F/A = Y  T
TIPOS DE TERMOMETROS
Termómetro de gas a volumen constante:
Cuando se calienta se eleva el 
nivel del mercurio en la rama B3
se vuelve a cero si elevo el tubo
B3 y el gas vuelve a su volumen 
Pirómetro Óptico: Es utilizado cuando no es necesario 
poner en contacto ninguna parte del aparato con el cuerpo 
caliente 
cuando mira a través
del anteojo ve el 
filamento oscuro 
contra el fondo
brillante del horno 
Pirómetro óptico 
En ese momento conecta la lámpara y haciendo
girar el reóstato D puede aumentar gradualmente
la corriente que pasa por el filamento de la lámpara
incandescente B, hasta que su brillo sea igual al del
fondo, la calibración previa del instrumento a
temperaturas conocidas puede leerse directamente
el valor de temperatura del cuerpo. 
Calor. Principio de conservación
El calor está definido como la forma de energía que 
se transfiere entre diferentes cuerpos o diferentes 
zonas de un mismo cuerpo que se encuentran a 
distintas temperaturas
Misma temperatura
distinta cantidad de 
calor
http://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa
http://es.wikipedia.org/wiki/Objeto_f%C3%ADsico
http://es.wikipedia.org/wiki/Temperatura
Calor. Principio de conservación
La transferencia de calor se basa en un principio de conservación 
de la energía de una forma en otra.
Es decir que la ganancia o pérdida de una cantidad de calor viene 
acompañada de una desaparición o aparición equivalente de 
energía mecánica 
RESUMEN:
El calor representa la cantidad de energía que un cuerpo 
transfiere a otro como consecuencia de una diferencia de 
temperatura entre ambos. El tipo de energía que se pone en 
juego en los fenómenos caloríficos se denomina energía 
térmica. El carácter energético del calor lleva consigo la 
posibilidad de transformarlo en trabajo mecánico. Sin embargo, 
la naturaleza impone ciertas limitaciones a este tipo de 
conversión, lo cual hace que sólo una fracción del calor 
disponible sea aprovechable en forma de trabajo útil.
Ecuación fundamental de la calorimetría
La cantidad de calor necesaria para elevar la 
temperatura de un sistema es proporcional a la 
variación de temperatura y a la masa del sistema
Q = m c T
Donde “c” denominado calor específico es la 
capacidad calorífica por unidad de masa
Unidades: “caloría” definida como la cantidad de 
calor necesaria para elevar la temperatura de un 
gramo de agua en un grado centígrado.
Equivalencia: 1 cal = 4,184 Joule 
Experiencia de Joule
El aparato utilizado convierte la energía potencial de las pesas que 
caen en trabajo realizado sobre el agua por medio de unas paletas 
adosadas al eje rotatorio. Joule encontró que su muestra de agua 
se elevaba en 1 °F cuando la maquina funcionaba con la caída de 
772 lb de peso desde una altura de 1 ft. Obtuvo el equivalente 
mecánico del calor : 1 cal = 4,184 Joule 
Esquematización del aparato utilizado por Joule