Teoría 9-Temperatura ExpansT - LEO CHACON CHAVEZ

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La INTERACCION TERMICA entre sistemas es posible 
cuando ambos se ponen en CONTACTO TERMICO. 
Entonces se inicia un proceso de transferencia de 
energía que termina cuando ambos alcanzan el 
EQUILIBRIO TERMICO. 
 LA TEMPERATURA 
Es una propiedad que indica cuando un 
sistema alcanza el equilibrio térmico con otro 
(denominado termómetro). 
Temperaturas típicas 
1 Mill °C 
Temperatura vs. Energía interna 
 
Las jarras grande y pequeña tienen la misma 
temperatura, pero no tienen la misma 
energía térmica. Una mayor cantidad de 
agua caliente funde más hielo. 
El volumen más 
grande tiene mayor 
energía térmica 
Misma 
temperatura 
inicial 
agua 
hielo 
hielo 
 ENERGÍA INTERNA U 
Es toda la energía almacenada por un 
sistema mientras está en un estado 
estacionario en forma de energía 
cinética y de energía potencial de 
interacción de las partículas que 
forman el sistema. 
Incluye la energía nuclear, la energía 
química y la energía de deformación 
(como un resorte comprimido o 
estirado), así como energía térmica. 
Equillibrio de temperatura 
El calor se define como la 
energía térmica que se 
transfiere de un sistema a 
otro debido a una diferencia 
en temperatura. 
 
Carbones 
calientes 
Agua fría Misma temperatura 
Equilibrio térmico 
Contenedor 
aislado 
Dos objetos están en 
equilibrio térmico si y sólo si 
están a la misma 
temperatura. 
Termómetro 
Un termómetro es cualquier 
dispositivo que, mediante 
escalas marcadas, puede dar 
una indicación de su propia 
temperatura. 
T = kX 
X es propiedad termométrica: dilatación, resistencia 
eléctrica, longitud de onda de luz, etc. 
Ley cero de la termodinámica 
Ley cero de la termodinámica: Si dos objetos A y B están en 
equilibrio por separado con un tercer objeto C, entonces los 
objetos A y B están en equilibrio térmico mutuo. 
A 
Objeto C 
A B 
Equilibrio térmico 
Misma temperatura B 
Objeto C 
1000C 2120F 
00C 320F 
Escalas de temperatura 
El punto fijo inferior es el 
punto de congelación, la 
temperatura a la que el hielo y 
el agua coexisten a 1 atm de 
presión: 
0 0C o 32 0F 
El punto fijo superior es el 
punto ebullición, la 
temperatura a la que vapor y 
agua coexisten a 1 atm de 
presión: 
100 0C o 212 0F 
Temperaturas específicas 
2120F 
320F 
1000C 
00C 
180 F0 100 C0 
tC tF 
Mismas temperaturas 
tienen números diferentes: 
0C 0F 
0 00 32
100 div 180 div
C Ft t 
09
5
32C Ft t 
09
5
32F Ct t   
05
9
32C Ft t 
Ejemplo 1: Un plato de comida se enfría de 160 0F a 65 0F. 
¿Cuál fue la temperatura inicial en °C? ¿Cuál es el cambio en 
temperatura en °C? 
Convierta 160 0F a 0C de 
la fórmula:  
05
9
32C Ft t 
0
0 05 5(128 )(160 32 )
9 9
Ct    tC = 71.1 
0C 
0 0 0160 F 65 F 95 Ft    9 F0 = 5 C0 
0
0
0
5 C
95 F
9 F
t
 
   
 
t = 52.8 C0 
Limitaciones de las escalas relativas 
El problema más serio con las escalas Celsius y 
Fahrenheit es la existencia de temperaturas negativas. 
Claramente, ¡la energía cinética 
promedio por molécula NO es cero o 
en 0 0C o en 0 0F! 
¿-25 0C? T = kX = ¿0? 
Termómetro a volumen constante 
Válvula 
Volumen constante 
de un gas. (Aire, 
por ejemplo) 
Presión 
absoluta 
La búsqueda para un cero 
verdadero de temperatura se 
puede hacer con un termómetro a 
volumen constante. 
Para volumen constante: 
T = kP 
La presión varía con la temperatura. 
Cero absoluto de temperatura 
1000C 00C 
P1 P2 
T1 T2 
-2730C 00C 1000C 
P 
T 
Grafique los puntos (P1, 0
0C) y 
(P2, 100
0C); luego extrapole a cero. 
Cero absoluto = -2730C 
Cero 
absoluto 
Comparación de cuatro escalas 
Cambio: 1 C° = 1 K 
Cambio: 5 C° = 9 F° 
09
5
32F Ct t 
 059 32C Ft t 
TK = tC + 273 
hielo 
vapor 
Cero 
absoluto 
1000C 
00C 
-2730C 
Celsius 
C 
Fahrenheit 
320F 
-4600F 
2120F 
F 
273 K 
373 K 
Kelvin 
0 K 
K 
Rankine 
0 R 
460 R 
672 R 
R 
Expansión térmica 
Fenómeno por el cual un cuerpo cambia 
sus dimensiones como resultado del 
cambio de la temperatura 
Expansión lineal 
L 
Lo L 
to 
t 
0L L t  
0
L
L t




Cobre:  = 1.7 x 10-5/°C 
Aluminio:  = 2.4 x 10-5/°C Hierro:  = 1.2 x 10-5/°C 
Concreto:  = 0.9 x 10-5/°C 
Ejemplo 2: Una tubería de cobre mide 90 m de largo a 20 0C. 
¿Cuál es nueva longitud cuando a través de la tubería pasa vapor a 
100 0C? 
Lo = 90 m, t0= 20 
0C 
t = 1000C - 200C = 80 °C 
L = Lot = (1.7 x 10-5/°C)(90 m)(80 °C) 
L = 0.122 m L = Lo + L 
L = 90 m + 0.122 m 
L = 90.12 m 
Aplicaciones de la dilatación 
Junta de 
dilatación 
Tira bimetálica 
Latón 
Latón Hierro 
Hierro 
Las juntas de dilatación son necesarias para permitir que el 
concreto se dilate, y las tiras bimetálicas se pueden usar como 
termostatos o para abrir y cerrar circuitos. 
Expansión superficial 
La dilatación de área es análoga 
a la ampliación de una 
fotografía. 
Se muestra una tuerca caliente que 
se encoge para un firme ajuste 
después de enfriarse. 
Dilatación al calentarse 
A0 A 
Cálculo de la expansión superficial 
W 
L 
L 
Lo 
Wo 
W 
A0 = L0W0 
A = LW 
L = L0 + L0 t 
W = W0 + W0 t 
L = L0(1 + t ) 
W = W0(1 + t 
A = LW = L0W0(1 + t)
2 A = A0(1 + 2 t) 
Expansión de área: A = 2A0 t 
Expansión volumétrica 
La expansión es la misma 
en las tres direcciones 
(L, W y H), por tanto: 
V = bV0 t b  3 
La constante b es el coeficiente 
de expansión volumétrica. 
0
V
V t
b



Ejemplo 3: Un vaso de precipitados Pyrex de 200 cm3 se llena 
hasta el tope con glicerina. Luego el sistema se caliente de 20 0C a 80 
0C. ¿Cuánta glicerina se desborda del contenedor? 
Vdesb= ¿? 
V0 V 
200C 
800C 
200 cm3 
Glicerina: b  5.1 x 10-4/C0 
Pyrex: b = 3 
b  30.3 x 10-5/C0) 
b = 0.9 x 10-5/C0 
Vdesb = VG - VP 
Vdesb = bGV0 t - bPV0 t = (bG - bP )V0 t 
Vdesb = (5.1 x 10
-4/C0- 0.9 x 10-5/C0)(200 cm3)(800C - 200C) 
Ejemplo 3. (continuación) 
Vdesb= ¿? 
V0 V 
200C 
800C 
200 cm3 
Glicerina: b  5.1 x 10-4/C0 
Pyrex: b = 3 
b  30.3 x 10-5/C0) 
b = 0.9 x 10-5/C0 
Vdesb = VG - VP 
Vdesb = bGV0 t - bPV0 t = (bG - bP )V0 t 
Vdesb = (5.1 x 10
-4/C0- 0.9 x 10-5/C0)(200 cm3)(800C - 200C) 
Desbordamiento de volumen = 6.01 cm3 
FIN