Guian°4_Fisica_LT_2°Medio

LICEO TAJAMAR
PROVIDENCIA
DEPTO FISICA
GUÍA DE APRENDIZAJE No.4
SECTOR
: Física
NIVEL : 2º Medio
PROFESOR
: Marcelo Arros A.
UNIDAD TEMÁTICA
: Energía calórica
CONTENIDO
: El calor, la temperatura, efectos del calor y calorimetría
OB.DE APRENDIZAJE :Aplica el concepto de calor en la resolución de problemas
__________________________________________________________________________
INSTRUCCIONES: Las alumnas pueden desarrollar esta unidad en grupos. Usted
debe enviar las respuestas sólo en la plantilla adjunta al final de la guía. Puede
consultar el libro de su nivel y desarrollar las actividades que allí aparecen sólo para
reforzar contenidos de la unidad, éstas no se consideran en la plantilla de
respuestas.
EL CALOR
Es una de las formas en que se manifiesta la energía. Generalmente se confunde con la
temperatura.
Se entiende por calor la cantidad de energía que posee un cuerpo.
temperatura el grado o intensidad en que se manifiesta el calor.
Se entiende por
El calor puede provocar los siguientes efectos sobre la materia:








Aumentar la temperatura de los cuerpos
Dilataciones de los cuerpos
Cambios de estado
Cambios de color
Deformación de los cuerpos
Efectos químicos
Efectos fisiológicos en la materia viva
Etc
Escalas termométricas
Para poder comparar el estado calórico de los cuerpos, es necesario tener puntos de
referencia, los cuales se consiguen con los termómetros, los que se gradúan de diferentes
maneras, obteniéndose las distintas escalas termométricas, de las cuales las más utilizadas
son las siguientes:
-
Escala Celsius o centígradas (tºC)
Escala Faherenheit (tºF)
Escala Absoluta o Kelvin (TºK)
Para calibrar los termómetros se utilizan como puntos de referencia en las escalas Celsius y
Faherenheit, la temperatura de hielo fundente y la temperatura de los vapores del agua
hirviente. Para el hielo fundente la temperatura Celsius es 0º y para la Faherenheit es 32º, y
para los vapores del agua hirviente 100º C y 212ºF.
Para transformar grados de una escala a otra se utilizan las siguientes formulas:
tºC = 5/9 • ( tºF – 32)
tºF = 9/5 • tºC + 32
o
tºF = 1,8 • tºC + 32
Ejemplos:
a) Expresar 50ºF en ºC
Desarrollo : tºC = 5/9 (50 – 32) = 5/9 • 18 = 10ºC
b) Expresar 15ºC en ºF
Desarrollo : tºF : 1,8 • 15 + 32 = 27 + 32 = 29ºF
En la escala Absoluta o Kelvin la magnitud de sus grados es igual a los grados Celsius, por
ejemplo, en un intervalo de 100ºC corresponden a una diferencia de 100ºK.
La menor temperatura Kelvin es el 0ºK y equivale a –273ºC.
La formula para expresar grados Celsius a Kelvin es la siguiente:
TºK = tºC + 273
La formula para expresar grados Kelvin en Celsius es la siguiente:
tºC = TºK –273
Ejemplos:
a) Expresar 250ºC en ºK
Desarrollo : TºK = 250 + 273 = 523 ºK
b) Expresar 180ºK en ºC
Desarrollo : tºC = 180 –273 = – 93ºC
Dilatación térmica
Uno de los efectos del calor es producir la dilatación de los cuerpos sólidos en los cuales
podemos distinguir:
a) Dilatación lineal : Esta dilatación está relacionada con la variación de la longitud de varillas,
alambres, cables, etc. Supongamos una varilla metálica de 1m de largo, que al aplicarle
calor eleve su temperatura en 1ºC, la varilla experimentará una variación en su longitud que
llamaremos lambda (‫) ג‬, por lo tanto, la varilla medirá ahora (1 + ). Esta variación de
longitud se denomina coeficiente de dilatación lineal, es un valor pequeño.
Algunos coeficientes de dilatación lineal :
 Latón
= 1,8 x 10 –5 1 / ºC
 Hierro = 1,0 x 10 –5 1 / ºC
 Acero
= 1,2 x 10 –5 1 / ºC
 Cobre = 1,7 x 10 –5 1 / ºC
 Zinc
= 2,9 x 10 –5 1 / ºC
 Vidrio p = 0,3 x 10 –5 1 / ºC
En la práctica rara vez ocurre que el largo corresponda justo a la unidad y más aún que su
temperatura varíe en 1ºC. Lo más común es que la barra, varilla, etc. sea de cualquier largo
inicial y la variación de la temperatura sea n grados, en este caso el largo final corresponde al
largo inicial más su variación (Δl ).
lf = li + Δl
Δl = li •· ‫ • ג‬Δt
Ejemplo: Una barra de acero de 3m de largo experimenta una variación de su temperatura en
20ºC. Determinar largo final.
Desarrollo:
Δl = 3m x 1,2 x 10 –5 1 / ºC x 20ºC = 7,2 x 10-4 m
lf = 3m + 0,00072 = 3, 00072m
b) Dilatación superficial: Se refiere a la variación de superficie que pueden experimentar
planchas metálicas, vidrios, baldosas, etc.
Si un cuadrado de lado unidad varía su temperatura en 1ºC, su superficie será 1 + 2 ‫ ג‬.
La ecuación que representa dicha variación es : ΔS = S0 x 2 ‫ • ג‬Δt.
El coeficiente de dilatación superficial equivale a 2 ‫ ג‬.
c) Dilatación volumétrica: En este caso tenemos un volumen en el espacio, por lo tanto,
tendremos tres dimensiones de dilatación, por lo que la ecuación para esta variación de
volumen está dada por: ΔV = Vo • 3 ‫ •ג‬Δt.
NOTA: En el caso de los fluidos (líquidos y gases) estos presentan solo dilatación
volumétrica.
El coeficiente de dilatación cúbica en sólidos equivale a 3‫ ג‬. Para los fluidos el coeficiente
de dilatación cúbica o volumétrica es específica para cada fluido.
NOTA: En el caso del agua la dilatación presenta ciertas anomalías, por ejemplo, al pasar
del estado líquido a sólido aumenta su volumen, por lo tanto, disminuye su densidad y flota.
El agua tiene su mayor volumen a 4ºC, por lo tanto, su densidad es mayor.
Calorimetría:
La calorimetría se preocupa de medir la cantidad de calor absorbido o liberado por una
sustancia o cuerpo químico. La unidad en el Sistema Internacional es el Joule, pero,
también podemos expresarla en calorías, kilocalorías y en Btu.
Caloría : Es el calor necesario para variar en 1ºC la temperatura de 1g de agua ( 1 cal ).
Kilocaloría: Es el calor necesario para variar en 1ºC la temperatura de 1kg de agua (1 Kcal ).
Btu: Es el calor necesario para variar en 1ºF la temperatura de 1 libra de agua.
Equivalencias entre las unidades para medir calor:
 1 Kcal = 1000cal = 3,97Btu
 1 cal
= 4,18 Joule
 1 Btu = 252cal = 0,252Kcal
 1 Joule = 0,24cal
Calor especifico: Es el calor necesario para que la unidad de masa de un cuerpo varíe su
temperatura en 1º (c).
Capacidad calórica: Es el calor necesario para que un cuerpo varíe su temperatura en 1ºC.
Equivale al producto del calor específico del cuerpo por su masa. Designando por Q la
cantidad de calor que absorbe o cede un cuerpo, la capacidad calorífica es: Q = c • m
Ejemplo: Calcular la capacidad calórica de un trozo de fierro de 500g y de calor específico
0,11cal/gºC
Desarrollo: Q = 0,11cal/gºC • 500 = 55cal/ºC
Cuando la variación de temperatura es de 1º se necesita una cantidad de calor = c • m,
luego para variar su temperatura n grados, la cantidad de calor será Δt veces mayor.
Q = c • m • Δt. Esta formula es fundamental en calorimetría.
Ejemplo: ¿Cuántas calorías se necesitan para calentar 200g de fierro (c= 0,11cal/gºC )
desde 15ºC a 65ºC?
Desarrollo: Q = 0,11cal/gºC • 200g • 50ºC = 1100cal
DESARROLLE LOS SIGUIENTES EJERCICIOS: Recuerde que debe contestar en la
planilla adjunta. Ud. debe enviar sólo la plantilla de respuestas.
01.- Transforme a ºC los siguientes ºF
a) 12ºF
b) 25ºF
c) 75ºF
02.- Trasforme a ºF los siguientes ºC:
a) –30ºC
b) 18ºC
c) 90ºC
03.- Transformar a ºK los siguientes ºC :
a) –30ºC
b) 17ºC
c) 410ºC
04.- Transformar a ºC los siguientes ºK :
a) 48ºK
b) 180ºK
c) 500ºK
05.- Exprese 180ºF en ºK
06.- Exprese 300ºK en ºF
07.- Un alambre de cobre mide 4km de largo. ¿Cuál será su longitud si su temperatura
aumenta en 40ºC? Dato 01 x 7,1 = ‫–ג‬5 1 / ºC
08.- Una varilla de hierro de 5000cm se encuentra a 10ºC. ¿A qué temperatura debe
calentarse para que mida 5004cm?. Dato : ‫ = ג‬1,0 x 10 –5 1 / ºC
09.- Un rectángulo de cobre de 18cm2 se encuentra a 10ºC. Determine su superficie
final si la temperatura aumenta a 45ºC. Dato= ‫ = ג‬1,7 x 10 –5 1 / ºC
10.- Un cubo de acero de 340cm3 se encuentra a 18ºC. ¿Qué volumen tendrá a 35ºC?
Dato: 01 x 2,1 = ‫–ג‬5 1 / ºC
11.- ¿Cuántas calorías ceden 50kg de cobre al enfriarse desde 46ºC a 4ºC?
Dato: c = 0,093Kcal/kgºC
12.- Un bloque de acero de 1,5 toneladas se calienta hasta absorber 1,8 megacalorías.
¿A qué temperatura queda si estaba inicialmente a 10ºC? Dato : c= 0,12Kcal/kgºC
13.- ¿Cuántas calorías absorbe una barra de fierro cuando se calienta de 4ºF a
180ºC?. Su masa es de 25kg. Dato: c = 0,11Kcal/kgºC
14.- ¿Qué masa tiene una plancha de cobre si cede 910Kcal al enfriarse de 192ºC
hasta 8ºC?. Dato: c = 0,093Kcal/kgºC
HOJA DE RESPUESTAS GUIA No. 4 “EL CALOR”
NOMBRE(S):…………………………………………………………………………………….
CURSO: 2º ………..
FECHA: ………………
INSTRUCCIONES: LAS RESPUESTAS DEBEN SER ENVIADAS SÓLO EN ESTA
PLANTILLA

PARA LAS PRIMERAS CUATRO PREGUNTAS UD. DEBE COLOCAR LOS
VALORES EN EL CASILLERO CORRESPONDIENTE.
No.Pregunta
01
a
b
02
03
04
No.Pregunta
05
06
07
08
09
10
11
12
13
14
Respuesta
c