La temperatura y calorimetria

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CAPÍTULO 9: FENÓMENOS TÉRMICOS
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Temperatura
• Magnitud física escalar
• Mide el grado de agitación de los átomos o moléculas de un cuerpo o sustancia.
• Su unidad de medida: Kelvin (K)
𝐶𝑜𝑛𝑣𝑒𝑟𝑠𝑖ó𝑛 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑒 𝑒𝑠𝑐𝑎𝑙𝑎𝑠
Conversión de °C a °K
°𝐾 = °𝐶 + 273
Nota: Variación de temperatura
∆𝐾 = ∆𝐶
∆𝐹 = 1,8∆𝐶
CAPÍTULO 9: FENÓMENOS TÉRMICOS
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Temperatura
• Construcción de un termómetro
𝐶𝑜𝑛𝑣𝑒𝑟𝑠𝑖ó𝑛 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑒 𝑒𝑠𝑐𝑎𝑙𝑎𝑠
𝑇𝑥 − 𝑇𝑓𝑥
𝑇𝑒𝑥 − 𝑇𝑓𝑥
=
𝑇 − 𝑇𝑓𝑑𝑎𝑡𝑜
𝑇𝑒𝑑𝑎𝑡𝑜 − 𝑇𝑓𝑑𝑎𝑡𝑜
𝑇𝑒
𝑇𝑓
𝑇𝑥𝑇𝑐 𝑇𝐹 𝑇𝐾
Riel de tren Vereda de concreto Puente de acero
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Coeficiente de dilatación lineal (𝛼)
Se define:
𝛼 =
∆𝐿
𝐿𝑖∆𝑇
Unidad de medida: °𝐶−1
Variación de la longitud ∆𝐿 = 𝐿𝑓 − 𝐿𝑖
∆𝐿 = 𝐿𝑖𝛼∆𝑇
Donde:
𝐿𝑖: 𝐿𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑣𝑎𝑟𝑖𝑙𝑙𝑎.
∆𝑇: 𝑉𝑎𝑟𝑖𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑡𝑒𝑚𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎.
∆𝑇 = 𝑇𝑓 − 𝑇𝑖 (°C)
Se deduce: La longitud final (𝐿𝑓)
𝐿𝑓 = 𝐿𝑖(1 + 𝛼∆𝑇)
Tubos de acero
Tabla de coeficientes lineales
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Coeficiente de dilatación superficial (𝛾)
Se define:
𝛾 =
∆𝐴
𝐴𝑖∆𝑇
Unidad de medida: °𝐶−1
Variación del área ∆𝐴 = 𝐴𝑓 − 𝐴𝑖
∆𝐴 = 𝐴𝑖𝛾∆𝑇
Donde:
𝐴𝑖: Á𝑟𝑒𝑎 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑝𝑙𝑎𝑐𝑎 𝑜 𝑙á𝑚𝑖𝑛𝑎
∆𝑇: 𝑉𝑎𝑟𝑖𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑡𝑒𝑚𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎.
∆𝑇 = 𝑇𝑓 − 𝑇𝑖 (°C)
Se deduce: el área final (𝐴𝑓)
𝐴𝑓 = 𝐴𝑖(1 + 𝛾∆𝑇)
Placa de acero
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Coeficiente de dilatación cúbica (𝛽)
Se define:
𝛽 =
∆𝑉
𝑉𝑖∆𝑇
Unidad de medida: °𝐶−1
Variación del volumen ∆𝑉 = 𝑉𝑓 − 𝑉𝑖
∆𝑉 = 𝑉𝑖𝛽∆𝑇
Donde:
𝑉𝑖: 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 (𝑠ó𝑙𝑖𝑑𝑜 𝑜 𝑙í𝑞𝑢𝑖𝑑𝑜).
∆𝑇: 𝑉𝑎𝑟𝑖𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑡𝑒𝑚𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎.
∆𝑇 = 𝑇𝑓 − 𝑇𝑖 (°C)
Se deduce: el volumen final (𝑉𝑓)
𝑉𝑓 = 𝑉𝑖(1 + 𝛽∆𝑇)
Agua 
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Propiedades:
• Si existe una cavidad en el interior de un cuerpo, al 
dilatarse éste, el volumen de la cavidad también 
aumenta como si fuera parte del cuerpo.
• Si existe un orificio en una lámina, el área de este 
orificio también se dilata de la misma forma que el 
material de la lámina.
• Nota:
γ ≈ 2α
𝛽 ≈ 3α
Cavidad en el interior de un cuerpo
Orificio en una lámina
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Calor:
• Es un tipo de energía de transferencia de un
cuerpo de mayor temperatura a otro de
menor temperatura.
• Unidades de medidas
Calorías (cal)
Joule (J)
1 𝐽 = 0,24 𝑐𝑎𝑙
1 𝑐𝑎𝑙 = 4,18 𝐽
Hielo aplicado en las inflamaciones
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Propagación del calor
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CAPÍTULO 9: FENÓMENOS TÉRMICOS
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Capacidad calorífica (C)
• Se define
𝐶 =
𝑄
∆𝑇
• Su unidad de medida (J/K) o (cal/°C)
Entonces: 
𝑄 = 𝐶∆𝑇
Donde:
• 𝑄: calor ganado o perdido (J) o (Cal)
• ∆𝑇: variación de la temperatura (K) o (°C) 
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Calor específico (𝑐𝑒)
• Se define
𝑐𝑒 =
𝑄
𝑚∆𝑇
• Su unidad de medida (J/kg.K) o (cal/g.°C)
Entonces: 
𝑄 = 𝑐𝑒𝑚∆𝑇
Donde:
• 𝑄: calor ganado o perdido (J) o (Cal)
• ∆𝑇: variación de la temperatura (K) o (°C) 
• 𝑚: masa de la sustancia (kg) o (g)
𝐶𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑐í𝑓𝑖𝑐𝑜
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Calor latente de cambio de fase (L)
• Se define
𝐿 =
𝑄
𝑚
• Su unidad de medida (J/kg) o (cal/g)
Entonces: 
𝑄 = 𝑚𝐿
Donde:
• 𝑄: calor ganado o perdido (J) o (Cal)
• 𝑚: masa de la sustancia (kg) o (g)
• Nota: 
• Todo cambio de fase se realiza a temperatura constante.
𝐶𝑎𝑚𝑏𝑖𝑜 𝑑𝑒 𝑓𝑎𝑠𝑒
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Calor latente de cambio de fase (L)
Nota:
Para el agua
Calor latente de fusión o 
solidificación.
𝐿 = 80 𝑐𝑎𝑙/𝑔
Calor latente de vaporización o 
condensación.
𝐿 = 540 𝑐𝑎𝑙/𝑔
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Cambio de fase
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Calorimetría
• La ley cero de la termodinámica nos dice que siempre que se colocan objetos en un recipiente aislado 
a la larga alcanzarán la misma temperatura (temperatura de equilibrio). 
• Por conservación de la energía tenemos:
𝑄 𝑝𝑒𝑟𝑑𝑖𝑑𝑜 + 𝑄 𝑔𝑎𝑛𝑎𝑑𝑜 = 0
También:
𝑄 𝑔𝑎𝑛𝑎𝑑𝑜 = 𝑄(𝑝𝑒𝑟𝑑𝑖𝑑𝑜)