UNIDAD VII TEMPERATURA Y DILATACIÓN

GIMNASIO VIRTUAL SAN FRANCISCO JAVIER
“Valores y Tecnología para la Formación Integral del Ser Humano”
UNIDAD VII
TEMPERATURA Y DILATACIÓN
TEMPERATURA
Expresión del nivel térmico de un cuerpo Un cuerpo con mucha temperatura tiene mucha cantidad de
calor; sin embargo hay cuerpos como el mar con gran cantidad de calor y temperatura baja.
Al tocar un objeto utilizamos nuestro sentido térmico para atribuirle una propiedad denominada
temperatura, que determina si sentimos calor o frío
Medición de Temperatura
Física
Unidad 7
Un termómetro es un instrumento que mide la temperatura de un sistema en forma cuantitativa. Una
forma fácil de hacerlo es encontrando una sustancia que tenga una propiedad que cambie de manera
regular con la temperatura. La manera más "regular" es de forma lineal:
Décimo 1
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Dilatación
La variación en la longitud es proporcional a la longitud del cuerpo
La variación en la longitud es proporcional a la variación de temperatura
Calor
suministrar a la unidad de
temperatura en un grado.
Preguntas
existen?
termómetro?
calor y temperatura?
del estado?
de ebullición del agua?
De qué depende la dilatación?
Es la energía transferida entre dos cuerpos en interacción debido a una
diferencia de temperatura
Caloría
Cantidad de calor que se suministra a 1g de agua, inicialmente a la
temperatura de 14.5ºC para elevarla su temperatura hasta 15.5ºC
Capacidad calórica
Es la capacidad de calor suministrado al cuerpo para aumentar su
temperatura un grado (por la escala elegida)
Calor específico de una sustancia es la cantidad de calor que se debe
masa para elevar la
Qué tipo de escalas
Para que se utiliza el
Que diferencia hay entre
Cuales son los cambio
Cuál es la temperatura
Que es dilatación?
Ejercicios de temperatura
1. Expresa en grados Celsius las siguientes temperaturas en grados
Fahrenheit: l52ºF; 25ºF;0ºF; 8ºF
Respuesta = 66.7ºC: -3.9ºC: l7.7ºC; l3.33ºC.
Física
Unidad 7
Resuelva los siguientes problemas
Décimo 2
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2. A qué temperatura los termómetros Fahrenheit y Celsius marcará lo mismo?
Respuesta = -40ºC: -40ºf
3. Expresa en la escala Kelvin una temperatura de 50ºC. Respuesta = 323K
4. Convierta 680F a grados Reaumur Respuesta = 16ºR
5. Si se encuentra enfermo en Medellín y le dicen que tiene una fiebre de 104ºR estará preocupado?
Respuesta = Preocupado? ya estaría muerto, pues tendría una temperatura de l30ºC.
6. El punto de ebullición normal de oxígeno liquido es -182ºC Cuál es esta temperatura en las escalas
Kelvin Rankine? Respuesta = 90.03ºK: l62, 320Ra
7. Un termómetro posee dos escalas: centígrada y Fahrenheit 40ºC ocupan una longitud de 18cm.
Calculara la longitud ocupada por 30ºF Respuesta = 75cm
8. Los puntos de ebullición y de fusión, a la presión atmosférica, de mercurio son 6750F y -380F
respectivamente. Expresa dichas temperatura en unidades de la escala centígrada
Respuesta = 357ºC; -38.9ºF
TEORÍA CINÉTICA DE LOS GASES
Explica el comportamiento de los gases, sus principales puntos son:
 Los gases son de naturaleza discontinua, constituidos por moléculas en movimiento continuo
que chocan entre sí con las paredes del recipiente que los contienen.


Las moléculas se mueven en trayectorias rectilíneas entre colisiones sucesivas; estas colisiones
son elásticas.
Debido a la gran separación entre las moléculas no existe interacción entre ellas, por tanto no se
presentan fenómenos de fuerza intermoleculares apreciables.
La presión que un gas ejerce sobre las paredes del recipiente que lo contiene se debe a los choques que
la pared recibe de las moléculas.
En un gas las moléculas están animadas de movimiento rectilíneo uniforme con velocidades usualmente
grandes (alrededor de 1,500 m./seg.)
Ocasionalmente una molécula choca con otra o con las paredes del recipiente que contiene el gas.
Física
Unidad 7
Las moléculas están distantes entre si que prácticamente no se ejercen fuerzas entre ellas, excepto en el
momento de un choque.
Los gases podemos definirlos como los fluidos que por su estructura química tienen la propiedad de la
expansión, esto ocupa el volumen y la forma del recipiente en el que están contenidos.
Décimo 3
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Ley de Boyl-Mariotte
El estado de un gas esta caracterizado por tres magnitudes Físicas que son su presión p, su volumen v y
su temperatura T. El volumen de un gas es inversamente proporcional a su presión cuando su
temperatura permanece constante el volumen ocupado por una masa gaseosa es inversamente
proporcional a la presión ejercida sobre el. No es una ley rigurosamente exacta, y los gases reales que
existen en la naturaleza la cumplen sólo aproximadamente. Sin embargo la aproximación es tanto más
perfecta cuanto más elevada sea la temperatura del gas y menor su presión.
Ley de Charles
Durante una transformación isobárica, la presión permanece constante, a presión constante, el volumen
ocupado por una masa gaseosa es directamente proporcional a la temperatura.
Cuando durante un cambio de un gas el volumen permanece constante, la transformación se llama
isométrica. La presión de un gas es directamente proporcional a su temperatura absoluta cuando su
Física
Unidad 7
Ley de GAY-LUSSAC
Décimo 4
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volumen permanece constante.
Preguntas



¿Qué relación hay entre volumen y presión?
¿Cómo es la presión de los gases?
De una aplicación de cada ley
Resuelva los siguientes problemas
Formulas
A temperatura constante, la presión p y el volumen y de un gas ideal satisfacen a la ecuación.
P v = k (t Constante)
P es la presión absoluta; es igual a la presión manométrica p más la presión atmosférica po o sea p = p+
po La ecuación anterior se escribe ahora. (p+ po) v = k o también p = k/v- po
Ejercicios
1. Un gas ocupa un volumen de 250cm3cuando la presión es de 70 cm de Hg. Cuál será su
volumen si la presión pasa a ser 1.5 atmósferas sin alteración de la temperatura?
P1 = 70 cm de Hg, V1 = 250 cm3
P2 = 1.5 atm. = 1.5 * 76 cm de Hg = 114 cm de Hg.
P1 v1 = P1 V1 =P2V2 70 cm * 250cm 3 = 114cm * V2
V2 = 70 * 250 cm / 114 = 153.3 cm3
P1 = 5 atm =5*76cmde Hg =380cm de hg
P2 = 60cm de Hg
Física
Unidad 7
2. Un gas ocupa cierto volumen a una temperatura de 27ºC ejerciendo una presión de 5 atm. Cual
será se temperatura si su presión se reduce a 60cm de Hg sin cambio de volumen.
Décimo 5
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T1 = 273 +27 = 300ºK
P1/T2 = P2/T2 T2 = P2*T1/P1
T2 = 60cm de Hg * 300ºK / 380cm de Hg = 47.4ºK = -225.6ºC
3. Un gas ocupa un volumen de 30 litros cuando su temperatura es de 82ºC y su presión 2 atmósfera.
Hallar su volumen si su temperatura se reduce a -13ºC sin alterar su presión
V1 = 30 litros T1 = 272+82 =355ºK; T2 = 273-13ºC = 260ºK
V1/T1 = V2 /T2 V2 = V1*T2 / T1 = 30litro *260ºK /355ºK = 22 litros
Problemas
1. Un gas ocupa a 0C un volumen de 30 litros. Si al calentarlo a presión constante se dilata 2.5
litros, calcular su temperatura final. R= 22.7bC
2. El volumen de un gas a la presión atmosférica y 300C es de 4.3 m3 Cuál será su volumen si la
temperatura pasa a ser 600 a presión constante? R= 3.8 m3
3. Un gas ocupa 600 cm3 a -23ºC. Si su volumen aumenta en una tercera parte, calcular la
variación de temperatura (presión constante). R = 83.33ºC
4.
Calcular la presión de un gas a 4000K si a 270C tiene una presión de 10kfg/cm2 El volumen ha
permanecido constante. R= 13.3 3kfg/cm2
5. La presión de un gas es de 2 atm a 17ºC. Si la presión se reduce a 80cm de Hg a volumen
constante calcular su temperatura final. R= -120.40C
6. Cuál será la presión de un gas cuando su temperatura centígrada se duplica a 3OOºK ejerce una
presión de 100 cm de Hg? Considérese el volumen constante. R=109cm de Hg
7. Un recipiente contiene aire a la presión atmosférica y 20ºC. A que temperatura hay que elevarlo
para que expulse la mitad de aire que contiene? R= 313ºC
Física
Unidad 7
8. Un gas se encuentra a 30ºC; Cual será su nueva temperatura si su presión se reduce en un 20%
a volumen constante?
R= -30.60C
Décimo 6
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TERMODINÁMICA
La termodinámica es la ciencia que estudia las relaciones entre
la energía y los cambios físicos de origen térmico.
La termodinámica se basa en algunos principios, como lo son:
 Primera ley de la termodinámica:
Si dos cuerpos están en equilibrio térmico con un tercer cuerpo
necesariamente están en equilibrio térmico entre sí.
Utilizando únicamente procesos adiabáticos, el trabajo realizado
es el mismo para todas las trayectorias adiabáticas que unan
ambos. La energía se transforma, no se destruye.

Segunda ley de la termodinámica:
Es imposible construir un motor que funcionando según un ciclo, no produzca otro efecto que extraer
calor de un foco y realizar una cantidad equivalente de trabajo.

Tercera ley de la termodinámica:
Es imposible, por idealizado que sea el procedimiento que se imagine para ello, reducir un sistema
cualquiera al cero absoluto de temperatura en un número finito de operaciones.
Física
Unidad 7
Preguntas
1. ¿Qué es la ley isobárica?
2. ¿En qué consiste el proceso isotérmico y adiabático?
3. ¿Qué es el ciclo de carnot?
4.¿Qué es una maquina térmica? Cómo se clasifican las maquina térmicas?
Décimo 7
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Resuelva los siguientes problemas:
Ejemplo No1
Reducir un Ergio a Kilocalorías.
Solución:
Magnitudes conocidas:
Valor de un Joule en calorías = 0,24
Valor de un ergo en joules l0-7
Una Kilocaloría = 103cal
Magnitudes incógnitas:
Valor del Ergio en Kilocalorías
1 Ergio * l joule /107 Ergios *024 ca / Joule *l kilocaloría / l03 cal.
1 Ergio = 0,24 l0-l0 Kcal.
Ejemplo No. 2
Reducir un Kw.h a calorías.
Solución:
Magnitudes conocidas:
Valor del kw/h en joules = 36*105
Magnitudes incógnitas:
Valor del Kwh en calorias
Kwh - 36* 105 Joules/l Kw/h *0,24 cal/ 1Joule = 864 *103 cal.
Ejemplo No. 3
Un automóvil tiene una masa de 3.000 kg y marcha con una velocidad de 180 km/h. y frena bruscamente.
Calcular en Kcal, el calor en el cual se transformó su energía cinética.
Solución:
Magnitudes conocidas:
Masa del automóvil = 3.000 kg
velocidad del automóvil = 180 km/h
Magnitudes incógnitas:
Valor de su energía cinética en kcal
Ec = 1/2 M V2 = 1/2 3.000kg. 2.500 m2/seg2 = 3.750.000 Joules.
1.750.00 Joules *0,24 cal / Joule * l Kcal / l 03cal = 900 kcal.



Hallar el equivalente mecánico de la kilocaloría en las siguientes unidades: Joules; K w h; C V h;
atm: Lit.
Respuesta 4.186 Joules; 1.16 * 10-3Kwh; 1,58 * 10-3C.V.h; 42.7 atm.Lit.
Un automóvil de 5.000Kg de masa marcha con una velocidad del 100 km/h, frena y se detiene.
Calcular la cantidad de calor en que se transforma su energía cinética, en calorías
Respuesta = 463.68O cal
¿Qué trabajo es necesario para calentar hasta 100ºC,2 litros de agua que están a 200C?
Respuesta = 64*104 Joules
Física
Unidad 7
Ejercicios propuestos
Décimo 8
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“Valores y Tecnología para la Formación Integral del Ser Humano”






Calcular lo que se elevará la temperatura de 20 gramos de agua si a los mismos se le comunica
una energía igual a 13.48 Joules.
Respuesta = 0,16ºC
¿En cuántos grados se eleva la temperatura de 1 kg de plomo que cae al suelo desde una altura
de 100m?
Respuesta = 7, 80C
¿Cuál es el equivalente mecánico del calor necesario para calentar .10Kg de agua de 20ºC a
40ºC?
Respuesta = 85.200 Kgm.
Un cuerpo que pesa 8 Kg cae desde una altura de 100m; calcular en kcal y Btu, la cantidad de
calor desarrollado en choque Respuesta = 1,877 Kcal; 7,5 Btu.
Una caja se empuja 80 m sobre un piso horizontal. Si la fuerza de rozamiento es de 12 Kgt,
¿Cuánto calor produce?
Respuesta = 23.102 cal.
Un tren de 103 toneladas recorre un trayecto de 1 km. El rozamiento asciende a l/100 del peso.
¿Cuál es el valor del rozamiento? ¿Cuál es el valor de trabajo absorbido por el rozamiento?
¿Qué calor produjo?
Respuesta - 104Kgf; 107 Kgm; 23.474 cal.
Una bala de plomo, que lleva una velocidad de 350 m/seg. llega al blanco y queda en reposo.
¿Cuál sería la elevación de temperatura de la bala, si no hubiera pérdidas por el calor que pasa
al medio? Respuesta = 470ºC.
Física
Unidad 7

Décimo 9