CENTRO DE BACHILLERATO TECNOLÓGICO,

Industrial y de Servicios No. 37

Profesor: Miguel Tanori León

Grupo: 6Bm PRO

Materia: Física 3 

Equipo 1:

Espinoza Rivera Marla Vianney
Leyva Grijalva Karla Sofia
Mondaca Hernandez Nancy Fabiola
Moreno Gocobachi Angelica Nohemi
Ramirez Nicols Dayanna Jacquelinne

1.1.- Temperatura y Energía Térmica

Las moléculas de todas las sustancias materiales (sólidos, líquidos y gases) siempre se encuentran en un continuo estado de vibración o agitación, debido a las múltiples interacciones que sufren dentro el cuerpo. En virtud de esta agitación aleatoria, los átomos y moléculas de la materia poseen cierta energía interna, ya que tienen energía cinética en forma de movimiento y también energía potencial debido a las fuerzas que se ejercen entre las partículas.

La energía interna también se le conoce como la energía térmica de los cuerpos (energía calorífica).

Como la energía interna puede ser distinta para todas las diferentes moléculas de un mismo cuerpo, debido a que unas están moviéndose más rápidamente que otras, se debe de considerar un valor promedio en su medida total.

La temperatura es la magnitud que permite registrar el valor promedio de la energía interna de los cuerpos.

El valor de la temperatura de un objeto, es lo que usualmente se interpreta como lo caliente o lo frío en que se encuentra el mismo.

La temperatura de un cuerpo es independiente de su masa, porque sólo depende del valor promedio de la energía interna del mismo.

La temperatura es una magnitud básica, puesto que no se la puede expresar en otras unidades de medida.

            

1.2.- La medición de la temperatura

La temperatura de un cuerpo produce diversas manifestaciones en él que guardan estrecha relación con el valor de esta. Determinando las magnitudes de estas manifestaciones con algún instrumento de medición podemos conocer de manera indirecta el valor de la temperatura del cuerpo. Este instrumento se llama termómetro.

Los termómetros deben estar en la zona de medición el tiempo necesario para que alcancen el valor de la temperatura a medir y su influencia en el medio debe ser lo suficientemente pequeña para que no cambien de manera notable esta temperatura.

Escalas de temperatura

La temperatura se mide en grados, y hay varias escalas, las tres más usadas son:

v  Escala centígrada o celsius (°C)

v  Escala fahrenheit (°F)

v  Escala absoluta o kelvin (°K)

Termómetros

En general los termómetros se pueden clasificarse en dos grupos:

v  Termómetros de contacto:

Son aquellos cuyo elemento sensor está en contacto íntimo o colocado dentro del mismo ambiente que el cuerpo cuya temperatura se quiere conocer.

1.    Termómetros de columna.

2.    Termómetros a presión de gases.

3.    Termómetros a presión de vapor.

4.    Termómetros bimetálicos.

5.    Termómetros a termo resistencia.

6.    Termómetros a termopares.

v  Termómetros sin contacto:

Que funcionan midiendo algún parámetro a distancia del cuerpo.

1.    Pirómetros de radiación

2.    Pirómetros de absorción-emisión

3.    Termómetros de radiación infrarroja.

1.3.- Termómetro de gas

El termómetro de gas de volumen constante es muy preciso, y tiene un margen de aplicación extraordinario: desde -27 °C hasta 1477 °C. Pero es más complicado, por lo que se utiliza más bien como un instrumento normativo para la graduación de otros termómetros.

El termómetro de gas a volumen constante se compone de una ampolla con gas -helio, hidrógeno o nitrógeno, según la gama de temperaturas deseada- y un manómetro medidor de la presión. Se pone la ampolla del gas en el ambiente cuya temperatura hay que medir, y se ajusta entonces la columna de mercurio (manómetro) que está en conexión con la ampolla, para darle un volumen fijo al gas de la ampolla. La altura de la columna de mercurio indica la presión del gas. A partir de ella se puede calcular la temperatura.

1.4.- La escala de temperatura absoluta

La temperatura absoluta es el valor de la temperatura medida con respecto a una escala que comienza en el cero absoluto(0 K o −273,15 °C). Se trata de uno de los principales parámetros empleados en termodinámica y mecánica estadística. En el Sistema Internacional de Unidades se expresa en kelvin, cuyo símbolo es K.

La escala absoluta o termodinámica utiliza como unidad de medida de temperatura el kelvin (K), cuyo valor coincide exactamente con el de 1 °C, ya que el intervalo entre los puntos fijos también se divide en 100 unidades. Sin embargo, se asigna el valor 273 al punto de fusión del hielo y, por tanto, el valor 373 al punto de ebullición del agua. En consecuencia, la relación entre la temperatura medida en Kelvin y la medida en grados centígrados es la siguiente:

T (K) = t (°C) + 273

Es decir, se trata de la misma escala que la centígrada pero desplazada hacia abajo en 273 unidades.

La importancia de la escala absoluta radica en que es posible demostrar que el cero absoluto de temperatura se corresponde con la ausencia total de energía cinética interna del cuerpo considerado, es decir, con la inmovilidad total de sus partículas.

1.5.- Dilatación Lineal

La dilatación lineal es aquella en la cual predomina la variación en una única dimensión, o sea, en el ancho, largo o altura del cuerpo.

¿Qué es la dilatación lineal?

La dilatación es un efecto natural muy conocido y que ocurre cuando las dimensiones de los cuerpos aumentan en presencia de la elevación de la temperatura. Lo curioso de la dilatación es que cuando este fenómeno ocurre, después de cierto tiempo y que la temperatura vuelve a su estado original o normal, todo cuerpo dilatado vuelve a su estado inicial.

¿Por qué ocurre la dilatación?

Si bien la dilatación es un fenómeno natural pero con una determinada explicación, y esto se basa desde su origen, es decir; todo lo que ocupa un lugar en el espacio tiene masa y a su vez está formada por un conjunto de átomos.

1.6.- Dilatación Superficial

Cuando un cuerpo recibe calor, sus partículas se mueven más deprisa, por lo que necesitan más espacio para desplazarse y, por tanto, el volumen del cuerpo aumenta. A este aumento de volumen se le llama dilatación.

Entonces, la dilatación superficial es la expansión de una superficie que experimenta un cuerpo al ser calentado. El fenómeno de dilatación superficial se presenta, por lo general en placas metálicas o en láminas muy delgadas, donde podemos apreciar su espesor. En estas placas metálicas, al aplicarles calor se produce su expansión de su superficie o área, es decir, crecen un poco.

La dilatación superficial es aquella en que predomina la variación en dos dimensiones, o sea, la variación del área del cuerpo debido a la intervención de un cambio de temperatura.

Este fenómeno se representa con la siguiente fórmula:

ΔA=βAoΔT

Donde:

v  ΔA  representa el aumento de área.

v  β    representa la dilatación del material.

v  Ao  es el área inicial.

v  ΔT  es el incremento de temperatura.

Y se define al coeficiente de dilatación superficial como: la variación de la superficie de una placa, por unidad de área, cuando hay un aumento en la temperatura de 1 ºC.

1.7.- Dilatación Volumétrica

La dilatación volumétrica se presenta en el estado líquido y su concepto y fórmula son los mismos, solo que en lugar de trabajar con longitudes se trabaja con volúmenes, los cuales deben ser dados en cm3, es muy común que cuando se habla de dichos volúmenes se expresen en unidades de capacidad, pero el   (coeficiente de dilatación volumétrica) nos señala que debe de haber transformación a cm3.

Es dilatación volumétrica es aquella en que predomina la variación en tres dimensiones, o sea, la variación del volumen del cuerpo, este fenómeno se ve dado por la siguiente formula:

ΔV=ᵧVoΔT
   

Donde:

v  ΔV  representa el aumento de volumen del cuerpo.

v  Vo  representa el volumen inicial.

v  ΔT  es el cambio de temperatura.

Todas las leyes de física tienen una fórmula y consecuentemente una definición: 
“LA DILATACIÓN VOLUMÉTRICA QUE SE PRESENTA EN UN LIQUIDO ES DIRECTAMENTE PROPORCIONAL A LA DIFERENCIA DE VOLÚMENES E INVERSAMENTE PROPORCIONAL AL VOLUMEN INICIAL MULTIPLICADO POR LA DIFERENCIA DE TEMPERATURAS” En estos casos, las temperaturas podrán ser dadas en °f, °k, °r, los cuales deberán ser convertidos a °C.

1.8.- Dilatación anómala del agua

Una de las propiedades físicas más curiosas e importantes del agua es su dilatación anómala.
Esta dilatación o contracción del agua se puede medir fácilmente observando el nivel del agua. A medida que se incremente la temperatura del agua, esta ira bajando gradualmente indicando una contracción. La contracción continuara hasta que la temperatura del bulbo y la del agua sean de 4°C. Cuando la temperatura aumenta por arriba de 4°C, el agua cambia de dirección y se eleva en forma continua, indicando la dilatación normal con un incremento de temperatura. Esto significa que el agua tiene su volumen mínimo y su densidad máxima a 4°C. La variación en la densidad del agua con la temperatura se muestra en la imagen.

La densidad decrece de forma gradual hasta que el agua alcanza su punto de congelación. El hielo ocupa un volumen mayor que el agua. El mayor volumen del hielo se debe a la forma en que se unen los grupos de moléculas en una estructura cristalina. A medida que se funde el hielo, el agua formada aun contiene grupos de moléculas enlazadas en esa estructura cristalina abierta. Cuando estas estructuras empiezan a romperse, las moléculas se mueven muy juntas, aumentando la densidad. Este es el proceso dominante hasta que el agua alcanza una temperatura de 4°C. Desde ese punto hasta altas temperaturas, se produce un aumento en la amplitud de las vibraciones moleculares y el agua se dilata.

Gracias a la dilatación anómala del agua es posible la vida en los ecosistemas acuáticos. En un lago de montaña, por ejemplo, al llegar el invierno, el agua se congela. Pero como el hielo flota, solo se congela una delgada capa de agua, que queda en la superficie. El agua por debajo está muy fría, pero el hielo la aísla de las bajas temperaturas del exterior y así no llega a congelarse. Gracias a esto, las plantas y los animales acuáticos pueden sobrevivir en invierno. En la naturaleza, normalmente, siempre hay agua líquida bajo el hielo.