S10 s3 - Material

Vista previa del material en texto

TEMPERATURA Y DILATACIÓN TÉRMINA
Cálculo aplicado a la física 3
Semana 10 – Sesión 03
Datos/Observaciones
Al finalizar la sesión, el estudiante resuelve problemas prácticos de
temperatura, calor y dilatación de solidos, usando correctamente la ley
cero de la termodinámica, calor especifico y dilatación térmica.
LOGRO
Datos/Observaciones
Ley cero de la termodinámica
Consideremos tres objetos A, B y C,
inicialmente los tres a diferente
temperatura
Ahora coloquemos en contacto A con C y
C con B, y esperamos hasta que se
establezca el equilibrio térmico. El sistema
esta aislado, es decir, solo hay
intercambio de calor entre los objetos y no
con el ambiente.
Ley cero de la termodinámica: Si C está en equilibrio térmico con A y B,
entonces A y B también estarán en equilibrio térmico entre sí.
Datos/Observaciones
Termostatos y escalas de temperatura
Escalas termométricas Celsius, Fahrenheit y Kelvin :
Termómetro
Comparación de las escalas termométricas
Calor
El calor, Q, es una forma de energía
que en termodinámica adquiere
características especiales, puesto que,
por ejemplo, se manifiesta en
condiciones de desequilibrio térmico:
Dos cuerpos a
diferente temperatura
son puestos en
contacto térmico
Unidades:
SI: joule, J
Histórica: caloría, cal
Dilatación térmica en sólidos
Dilatación lineal: Se tiene inicialmente una varilla de longitud Li a una temperatura Ti.
Si variamos su temperatura a Tf ocurrirá un cambio en su longitud que se puede
calcular como:
iT
fT
( )1f i f iL L T Tα = + −  Li: Longitud inicialLf: Longitud final
Ti: Temperatura inicial
Tf: Temperatura final
α: coeficiente de dilatación lineal 
Material 𝜶𝜶 (℃−𝟏𝟏)
Aluminio 24 × 10−6
Bronce y latón 19 × 10−6
Cobre 17 × 10−6
Vidrio (ordinario) 9 × 10−6
Vidrio (pyrex) 3,2 × 10−6
Plomo 29 × 10−6
Acero 11 × 10−6
Concreto 12 × 10−6
𝛼𝛼 ≡
∆𝐿𝐿
𝐿𝐿𝑖𝑖∆𝑇𝑇
Dilatación Superficial
La dilatación superficial es
análoga a la ampliación de
una fotografía.
El ejemplo muestra una tuerca caliente que
se encoge para un firme ajuste después de
enfriarse.
Dilatación al calentarse.
A0 A
( )1f i f iA A T Tβ = + − 
iA A Tβ∆ = ∆
Ai: Área inicial
Af: Área final
Ti: Temperatura inicial
Tf: Temperatura final
β: coeficiente de dilatación superficial (°C-1)
2β α≈
𝛽𝛽 ≡
∆𝐴𝐴
𝐴𝐴𝑖𝑖∆𝑇𝑇
Datos/Observaciones
Dilatación Volumétrica
Vi: Volumen inicial
Vf: Volumen final
Ti: Temperatura inicial
Tf: Temperatura final
𝛾𝛾: coeficiente de dilatación volumétrica ( ℃−1)
( )1f i f iV V T Tγ = + − 
iV V Tγ∆ = ∆
3γ α≈𝛾𝛾 ≡ ∆𝑉𝑉
𝑉𝑉𝑖𝑖∆𝑇𝑇
Datos/Observaciones
Ejercicio 01
Un estudiante mide la longitud de una barra de latón con una cinta de acero a 20,0°C. La lectura es de
95,00 cm.
Determine la longitud de la barra cuando la barra y la cinta estén a:
a) -15,0°C
b) 55,0°C
Datos/Observaciones
Ejercicio 02
Un termómetro de mercurio se construye como se muestra en la figura. El tubo capilar tiene un diámetro de
0,004 00 cm y el bulbo un diámetro de 0,250 cm. Si ignora la expansión del vidrio, encuentre el cambio en
altura de la columna de mercurio que ocurre con un cambio en temperatura de 30,0°C.
Datos/Observaciones
Ejercicio 03
En un laboratorio un científico estudia el fenómeno de dilatación, en su experimento desea encajar
perfectamente un anillo de cobre en un cilindro. El anillo tiene un radio de 2,00 cm a 20°C y un coeficiente
de dilatación lineal de 17x10-6 °C ¯¹; determine a que temperatura el anillo debe ser calentado para que sea
introducido en un cilindro cuya área de base es igual a 15,0 cm²
Datos/Observaciones
Ejercicio 04
Un tanque de hierro de 300 litros de capacidad a 15°C, se llena totalmente de petróleo, si se incrementa la
temperatura de ambos hasta 40°C, calcular:
a) la dilatación cúbica del tanque.
b) la dilatación cúbica del petróleo.
c) ¿Cuánto petróleo se derramó en litros y cm³?
 La temperatura se relaciona con la energía cinética de
las moléculas de un material
Dos objetos están en equilibrio térmico si y solo si tienen
la misma temperatura.
 La ley cero de la termodinámica establece que si dos
cuerpos se encuentran en equilibrio térmico con un
tercero, están en equilibrio entre sí.
 La dilatación térmica: Cuando aumenta la temperatura de
un objeto sus átomos o moléculas se mueven con más
rapidez. Esto hace que en promedio se alejan entre sí.
RECUERDA
Datos/Observaciones
BÁSICA
Serway, R. y Jewett, J.W.(2015) Física para ciencias e ingeniería. 
Volumen II. México. Ed. Thomson. 
Halliday, D., Resnick, R. y Krane, K.S.(2008) Física. Volumen II. México. 
Ed. Continental. 
Sears F., Zemansky M.W., Young H. D., Freedman R.A. (2016) Física 
Universitaria Volumen II Undécima Edición. México. Pearson Educación. 
COMPLEMENTARIA
Tipler, P., Mosca, G. (2010) Física para la ciencia y la tecnología. 
Volumen II. México Ed. Reverté .
Feynman, R.P. y otros. (2005) Física. Vol. II. Panamá. Fondo Educativo 
interamericano. 
REFERENCIAS
	TEMPERATURA Y DILATACIÓN TÉRMINA
	Número de diapositiva 2
	Ley cero de la termodinámica
	Termostatos y escalas de temperatura
	Calor
	Dilatación térmica en sólidos
	Dilatación Superficial
	Dilatación Volumétrica
	Ejercicio 01
	Ejercicio 02
	Ejercicio 03
	Ejercicio 04
	Número de diapositiva 13
	Número de diapositiva 14
	Número de diapositiva 15