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Calor y Temperatura: Diferencias entre calor y temperatura: Cuando ingresamos en una habitación muy fría y encendemos una estufa a leña, la combustión libera calor, el cual provoca el aumento de la temperatura del ambiente. Al encender el gas de una cocina, el calor emitido calienta el agua que hay en la pava. Ambos casos demuestran que: Al arder, los combustibles liberan calor, el cual produce el aumento de la temperatura de las sustancias con las que se contacta. Si en dos recipientes que contienen 100 ml de agua a 20 º C, introducimos en uno de ellos un

clavo de hierro calentado al rojo (aproximadamente 1000 ºC) y, en el otro, un vaso lleno con agua a 80ºC, la temperatura se eleva mucho más en el recipiente donde se añade el agua que en el que se introduce el clavo.

Esto nos demuestra que el clavo adquiere una temperatura elevada con poco calor. Por lo tanto, podemos señalar que: Una temperatura elevada no siempre indica un alto contenido de calor. Si en dos recipientes que contienen 2 litros de agua a 20ºC, en uno de ellos introducimos dos

litros de agua calentada a 80 ºC y en el oro medio litro de agua a la misma temperatura. Luego de mezclar bien, constatamos que la temperatura se eleva mas en el balde donde se añadieron los dos litros, es decir donde se agregó una masa mayor.

Esto nos permite afirmar que: Cuanto mayor es la masa de una sustancia, mas elevada es la cantidad de calor que contiene y, por lo tanto, puede producir una mayor variación de la temperatura. Si en un recipiente se colocan 100 ml de agua y en otro la misma cantidad de aceite, se debe

suministrar mayor cantidad de calor al agua que al aceite para alcanzar la temperatura de 100ºC. Esto nos permite afirmar que. Masas iguales de sustancias diferentes requieren distinta cantidad de calor para alcanzar la misma temperatura. Todas estas consideraciones nos permiten constatar que los conceptos de calor y temperatura están estrechamente relacionados entre sí, pero son diferentes.

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¿Que son calor y temperatura? Todos los cuerpos están formados por moléculas que se encuentran en continuo movimiento. Estos movimientos pueden ser solo vibratorios (alrededor de un punto fijo) como en los sólidos, o de traslación como en los líquidos y en los gases. En los sólidos las moléculas están muy próximas entre sí y no tienen espacio para desplazarse. En cambio, en los líquidos y más aún en los gases, hay espacios entre las moléculas que les permiten desplazarse de un lugar a otro. Cuando se proporciona calor a una sustancia, aumenta la agitación de sus moléculas y, por lo tanto, se mueven a mayor velocidad porque se incrementa su energía cinética. En un día de invierno, el aire y los cuerpos que se encuentran en una habitación están fríos y sus moléculas se mueven en forma lenta. Al encender una estufa, la combustión del gas da calor el cual se transfiere a las moléculas del aire que empiezan a agitarse con mayor intensidad, transmitiendo este movimiento a las moléculas más lejanas. Simultáneamente, también transfieren esa agitación a las moléculas de los cuerpos con los que están en contacto. Por último, todas las moléculas de la habitación se mueven a mayor velocidad (poseen mayor cantidad de energía cinética) a causa del calor liberado por la estufa. En consecuencia, se puede establecer que: El calor es una forma de energía que se manifiesta en la velocidad (energía cinética) que presentan las moléculas de las sustancias. Cuando se calienta una sustancia, sus moléculas se mueven más rápidamente, adquieren más energía cinética. Por el contrario, si la sustancia se enfría, se reduce la velociad de las moléculas y disminuye su energía cinética. Las moléculas de las sustancias se mueven incesantemente en todas las direcciones y sentidos, con velocidades diferentes. Esas velocidades se intercambian entre las moléculas, ya sea por choques, atracciones, etc., pudiendo calcularse la velocidad promedio o velocidad media, la cual se denomina temperatura. Por lo tanto, según que dicha velocidad aumente o disminuya, la temperatura se eleva o disminuye, respectivamente. Entonces, se puede establecer que: Temperatura es la expresión de la velocidad promedio (energía cinética media) de las moléculas de una sustancia. Para medir la temperatura se utiliza el termómetro. Cuando se desea determinar la temperatura del agua de un vaso, se introduce el termómetro en su interior y se deja unos cinco minutos para alcanzar el equilibrio térmico. Entonces, las moléculas en movimiento del líquido chocan contra las paredes del bulbo del termómetro y así mide su velocidad. Es importante aclarar que el termómetro sólo puede medir la velocidad pero no la cantidad de moléculas que se están moviendo. Es decir, que si disponemos de un recipiente con 10 litros de agua a 50ºC y otro con un litro a la misma temperatura, las moléculas se mueven a la misma velocidad en los dos casos (tienen la misma energía cinética media), pero la cantidad de calor existente en ambos es muy diferente, porque depende del número total de moléculas presentes. Esto es significativo porque cuanto mayor es el número de moléculas a temperatura elevada, mayor es también la cantidad de energía térmica disponible. Esta energía puede ser aprovechada para distintos usos como: calefaccionar ambientes, accionar motores, poner en movimiento centrales térmicas que producen electricidad, etc.

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Desde el punto de vista físico: Calor es una forma de energía que se transfiere del cuerpo más caliente al más frio. Temperatura es la medida del nivel térmico de un cuerpo. Equilibrio Térmico: Si se deja una taza con café caliente sobre una mesa, al cabo de un cierto tiempo, vemos que se enfría. El café caliente cede su calor al aire de la habitación donde se encuentra hasta que los dos alcancen la misma temperatura. Cuando se introduce un objeto caliente en un balde con agua fría, a los pocos minutos notamos que se ha enfriado. El objeto ha cedido calor al agua hasta que se igualaron las temperaturas. En general, podemos observar que: Cuando dos cuerpos que están a temperaturas diferentes se ponen en contacto (contacto térmico), el calor fluye desde el cuerpo mas caliente al cuerpo más frío y después de un cierto tiempo, ambos están a la misma temperatura. Cuando se alcanza esta igualdad, cesa el flujo de calor y los cuerpos se encuentran en equilibrio térmico. En el caso en que dos cuerpos (A y B) que están en equilibrio térmico se ponen en contacto con un tercer cuerpo C, también se alcanza el equilibrio térmico entre los tres. Entonces, se puede establecer que: Cuando un cuerpo A está en equilibrio térmico con otros dos cuerpos B y C, éstos estarán igualmente en equilibrio térmico entre sí. Esta proposición se conoce como el Principio Cero de la Termodinámica. Una forma de energía muy conocida: el calor El calor es una forma de energía cuyas manifestaciones sensibles son ciertos fenómenos térmicos, tales como la variación de la temperatura, la dilatación de los cuerpos y los cambios de estado. Es imprescindible conocer la forma en que fluye el calor entre dos cuerpos que se encuentran a diferentes temperaturas, en sistemas tan diversos como la atmósfera, los motores, las plantas, los animales o las estrellas.

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Capacidad Calórica: Para calentar masas iguales de sustancias diferentes a la misma temperatura, es necesario darles cantidades distintas de energía calórica. Esto nos indica que cada sustancia tiene su propia aptitud para absorber el calor, la cual se denomina capacidad calórica. Entonces, se puede establecer que: Capacidad calórica de una sustancia es la cantidad de calor que ella absorbe para aumentar su temperatura en 1 ºC. El agua, en comparación con otras sustancias, puede absorber una elevada cantidad de calor sin aumentar relativamente mucho su temperatura. Así, por ejemplo: Si dos volúmenes iguales, uno de arena y otro de agua, reciben la misma cantidad de energía solar, el aumento de la temperatura será cinco veces mayor en la arena que en el agua; es decir, la capacidad calórica de ésta es cinco veces superior a la de aquélla. Esto explica el efecto moderador que el agua líquida y el vapor de agua tienen sobre el clima, debido a que los cambios de temperatura ocurren con mayor lentitud en el agua que en el aire.

Unidades de Calor: Durante mucho tiempo el calor fué considerado como un fluído (calórico) y no como una forma de energía, estableciendose como unidad de calor, la caloría. Esta unidad, aún usada, se define como: Caloría es la cantidad de calor necesaria para elevar en 1 ºC la temperatura de 1 gramo de agua. En otras palabras, si se tiene un gramo de agua a 14 ºC, la cantidad de calor que hay que proporcionarle para que la temperatura ascienda a 15 ºC constituye una caloría. Aún cuando está muy difundido el uso de esta unidad, se recomienda dejar de usarla en razón de que el calo es una forma de energía y como tal corresponde utilizar el joule (J) que es la unidad de energía adoptada por el SIMELA: Experimentalmente se ha encontrado la equivalencia entre caloría y Joule: 1 cal = 4,1868 J y a la inversa la equivalencia entre joule y caloría: 1 Joule = 0,239 cal

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Calor específico: Cada sustancia tiene una capacidad calórica propia y diferente a la de las demás. Por lo tanto, es necesario proporcionales distintas cantidades de calor a masas iguales de sustancias diferentes para elevar su temperatura en 1 ºC. Esto llevó a establecer el concepto de calor específico, que puede definirse del siguiente modo: Calor específico (Ce) de una sustancia es la cantidad de calor necesaria para elevar en 1 ºC la temperatura de un gramo de la misma. Esta propiedad es característica distintiva de cada sustancia, pues sus valores son constantes y definidos. El agua, con un calor específico de 1 cal/g. ºC (4,187 J/kg. ºC) es la sustancia que prácticamente tiene el valor más elevado entre todos los sólidos y líquidos conocidos. El hierro sólo necesita 460 J para que 1 kilogramo del mismo aumente su temperatura en 1 ºC, o sea que su calor específico es aproximadamente nueve veces inferior al del agua. Aún mucho menor es el del plomo, cuyo Ce es igual a 130 J/ kg. ºC.

Sustancia

cal/g°C

j/kg°C

Agua 1,000 4187

Alcohol 0,580 2428

Aluminio 0,236 988

Cinc 0,092 385

Cobre 0,093 389

Hierro 0,530 460

Mercurio 0,033 138

Madera 0,400 1675

Plata 0,050 209

Plomo 0,031 130

Petróleo

0,500

2093

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LA TRANSFERENCIA DE CALOR: El calor se propaga desde los cuerpos que están a mayor temperatura hacia los que se encuentran a menor temperatura, a través de tres mecanismos: conducción, convección y radiación. a) La conducción térmica: Cuando se calienta uno de los extremos de una barra metálica, el calor se propaga rápidamente hacia el otro extremo, por lo cual los metales son considerados como buenos conductores térmicos. En cambio, la madera, la lana, el vidrio y el plástico son malos conductores o no conductores del calor y actúan como aislantes térmicos. Por esta razón, generalmente, las ollas son de metal, porque este material transmite bien el calor de la llama a los alimentos, pero sus mangos son de madera o de plástico para evitar que quién las usa se queme. Este mecanismo de propagación del calor denominado conducción, es característica de los sólidos y ocurre cuando hay un contacto directo entre un cuero caliente y otro más frío. Así, por ejemplo, si tomamos un cubito de hielo con la mano, como la temperatura de ésta es de aproximadamente 37 ºC, sus moléculas se mueven mas rápidamente que las del hielo que están a menos de 0 ºC; por lo tanto, al ponerse en contacto, aumenta la velocidad de las moléculas de hielo, se eleva su temperatura y comienza a derretirse. Por otra parte, como las moléculas de la mano han entregado parte de su energía térmica al hielo, disminuyen su velocidad, desciende la temperatura y ello provoca la sensación de frío. En la conducción térmica, no hay desplazamiento de materia, sino que las moléculas que están a mayor temperatura vibran con mayor intensidad y le transmiten esa agitación a las moléculas vecina más lentas. Cuando se toca con la mano un trozo de cobre y otro de madera, ambos a igual temperatura, el metal parece más frío. Esto se explica porque el calor de la mano pasa al metal, se transmite rápidamente al resto del objeto y la temperatura de la zona de la piel que está en contacto, prácticamente no se modifica; en cambio, en el caso de la madera, que es un aislante térmico, el calor entregado por la mano se transmite muy lentamente al objeto, por lo cual la temperatura de la piel si se mantiene en contacto durante un tiempo prolongado. La rapidez con que un cuerpo conduce el calor depende del material que lo constituye. La capacidad que tiene cada sustancia de conducir mejor o peor el calor se indica mediante un índice, denominado coeficiente de conductividad térmica. b) ¿Que es la convección térmica? Cuando se calienta un recipiente que contiene agua, las capas inferiores de ésta se dilatan por la acción del calor, disminuyen su densidad y ascienden, desplazando hacia abajo las capas superiores (mas frías). Luego, al calentarse éstas capas, también suben, creándose un movimiento cíclico. De éste modo se producen las lllamadas, corrientes por convección. Este efecto se puede visualizar si se calienta agua y el recipiente contiene también pequeños trozos de papel o polvo de tizas. En el aire también se forman estas corrientes por convección. Así, si en una habitación se enciende una estufa, se producen corrientes en el aire que van calentando todo el ambiente. Esto es porque el aire caliente (menos denso) asciende, mientras que el aire mas frío (mas denso) desciende. Este es el motivo por el cual el aire próximo al techo de una habitación está a mayor temperatura y las estufas se colocan en la parte inferior de los ambientes que se quieren calefaccionar.

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Este mecanismo de propagación del calor se denomina convección térmica. Entonces se puede señalar que la convección es propia de los fluídos (líquidos y gases) e implica el transporte de materia. Las corrientes por convección que se producen enla atmósfera son las responsables de diversos fenómenos climáticos desde la dirección y velocidad de los vientos hasta la formación de nubes. En las zonas costeras, durante el día la tierra se calienta más rápidamente que el agua del mar. Entonces, el aire que se halla encima de la tierra también se calienta y asciende, siendo reemplazado por el aire fresco que estaba sobre el agua y así se produce una brisa dese el mar hacia la costa. De noche, como el mar se enfría mas lentamente que la tierra, está más caliente y se produce el fenómeno en sentido contrario: el aire se desplaza de la costa al mar. Ciertas aves de gran tamaño, como los cóndores, utilizan las corrientes de aire ascendentes para mantenerse en vuelo. c) La Radiación Térmica: Cuando acercamos la mano a una estufa o a una plancha, apreciamos el calor que desprenden a cierta distancia, sin necesidad de tocarlas. Esto es posible porque los cuerpos calientes emiten radiaciones electromagnéticas hacia su espacio circundante, mediante las cuales transfieren energía térmica a los otros cuerpos sin necesidad de contacto entre ellos. Esta transferencia de calor continúa hasta igualar la temperatura del ambiente. Esta forma de transferencia del calor se denomina radiación térmica. Las radiaciones calóricas, semejantes a las luminosas, se propagan en el vacío a muy alta velocidad. Asi, por ejemplo, el calor del sol llega rapidamente por medio de radiaciones, a través del espacio, donde no hay materia alguna capaz de transmitirlo por conducción o por convección. Todas las fuentes del calor emiten radiaciones que propagan el calor sin la intervención de partículas materiales. Cuando calentamos un trozo de hierro, observamos que, a medida que se incrementa la temperatura, su color va cambiando del rojo oscuro al amarillo claro. Esto nos indica que las radiaciones eemitidas varían de acuerdo con la temperatura. Por otra parte, se ha verificado que las superficies oscuras y rugosas absorben y emiten más radiaciones que las claras y lisas. Si se exponen a la radiación solar dos caños idénticos por deonde circula agua a la misma temperatura, pero uno con la superficie plateada y el otro de color negro, después de un cierto tiempo, se constata mediante un termómetro quela temperatura del agua es mas elelvada en el caño pintado de negro. Esto indica que los cuerpos de color negro absorben un alto porcentaje de la radiación que reciben, por lo cual, en ellos la temperatura experimenta un mayor incremento; en cambio, las superficies plateadas reflejan la mayor parte de la radiación que reciben. Por lo tanto, puede establecerse que la emisión y absorción de radiaciones electromagnéticas depende de la temperatura del cuerpo y de las características de su superficie. En verano se aconseja utilizar prendas de colores claros, pues reflejan más la luz solar, y en invierno de colores oscuros, ya que la absorben. Los depósitos de combustibles se pintan de colores claros y brillantes para que reflejen las radiaciones solares y así se evita su calentamiento. Por esa misma causa los techos de las casas se suelen recubrir con una membrana plateada, y los satélites artificiales con pinturas a base de oro y plata.

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CALOR Y CAMBIOS DE ESTADO DE AGREGACION Es conocido por todos que una misma sustancia puede encontrarse en cualquiera de los trs estados de agregación (sólido, líquido o gaseoso), según que se le entregue o quite energía en forma de calor. Así, por ejemplo, se sabe que si al hielo se lo calienta se convierte en agua líquida y, por el contrario, si a ésta se la enfría , es decir, sele quita calor, se transforma en hielo. Aplicando la teoría cinético-molecular se encuentra una explicación aceptable al hecho de los camibos de estado de la materia. De acuerdo con la teoría molecular, en los cambios de estado suceden las siguientes transformaciones: fusión, vaporización, licuación, o condensación, solidificación y sublimación.

La Fusión: Cuando a un sólido, cuyas moléculas se hallan vibrando en un punto fijo, se le suministra calor, dichas moléculas primero se moveran con mayor amplitud, luego saldrán de sus posiciones y empezarán a moverse en forma independiente, transformándose en un líquido. Este cambio recibe el nombre de fusión.

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Mientras se produce esta transformación todo el calor que se proporciona a la sustancia es absorbido por las moléculas para aumentar su movimiento y, consecuentemente, su energía cinética. Por su parte, la temperatura permanece constante mientas ocurre el cambio, recibiendo el nombre de punto de fusión, el cual es constante y característico para cada sustancia. La temperatura recién aumenta cuando todo el sólido se ha transformado en líquido. La vaporización: Si al líquido obtenido se le sigue proveyendo calor, sus moléculas se moverán más rapidamente y comenzará a subir su temperatura. Algunas de las moléculas ubicadas en la superficie libre de dicho líquido, obtendrán la energía cinética suficiente como para escapar de las otras y transformarse en vapor. Este pasaje lento de las moléculas superficiales del líquido al estado gaseoso (vapor) recibe la denominación de evaporación. Si se sigue calentando el líquido, la energía calorífica que se le proporciona se transforma en energía cinética y todas las moléculas llegan a tener energía suficiente como para pasar rápidamente al estado gaseoso en diferentes puntos de la masa líquida. Estas moléculas en estado de gas poseen menos densidad que el líquido, y ascienden formando burbujas: es entonces cuando el líquido hierve. Este pasaje rápido de las moléculas de toda la masa líquida al estado gaseoso se llama ebullición. Mientras sucede este cambio, la temperatura no se modifica, permanece constante y se denomina punto de ebullición (es una propiedad intensiva para cada sustancia). La licuación o condensación: En un gas las moléculas se encuentran en permanente movimiento de traslación desordenado, pero al disminuir la temperatura, o sea, al quitarle energía disminuye la velocidad de las moléculas, se aproximan entre sí y se manifiestan con mayor intensidad las fuerzas de cohesión intermoleculares hasta transformarse en una masa líquida. Este cambio del estado gaseoso al líquido se: denomina licuación o condensación. Importante:

Diferencias entre gas y vapor: El gas es el estado gaseoso de una sustancia que a temperatura ambiente es un gas ej nitrógeno El vapor es el estado gaseoso de una sustancia que a temperatura ambiente es un líquido o un solido ej agua (líquida), naftalina (solida) El vapor solo necesita enfriarse para condensarse, es decir volver a ser un líquido o un sólido El gas además de enfriarse a temperaturas muy bajas, debe comprimirse para pasar a estado líquido, es el proceso de licuefacción o licuación.

La solidificación: Al quitar energía calorífica se reduce la temperatura. A medida que disminuye la temperatura de un líquido, las moléculas se mueven más lentamente hasta que llega un momento en que oscila alrededor de un punto fijo. En ese momento, el líquido se ha transformado en un sólido. Esta transformación del estado líquido al sólido recibe el nombre de solidificación. Durante el tiempo en el que se produce el cambio de estado, la temperatura no se modifica y se denomina punto de solidificación.

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Punto de solidificación es la temperatura a la cuál un líquido puro solidifica. Cada sustancia tiene su propio punto de solidificación el cual tiene el mismo valor que el pto de fusión. La sublimación: Además de los cambios mencionados, en algunas sustancias como el yodo la naftalina, el hielo seco ( dióxido de carbono) y el alcanfor se observa el pasaje directo del estado sólido al gaseoso y viceversa, sin pasar por el estado líquido. Este doble proceso se identifica con el nombre de sublimación. El pasaje directo del estado sólido al gaseoso, suele designarse con el nombre de volatilización. La influencia de la presión atmosférica: La perdida o adquisición de la energía calórica no es la única causa de los cambios de estado, es importante también la influencia que ejerce la presión que soportan las sustancias, ya que su aumento o disminución provoca el acercamiento o alejamiento de las moléculas entre sí, con la consiguiente acción sobre el estado físico. La influencia de la presión exterior resulta evidente en los procesos de licuación y vaporización. Así, por ejemplo, el aire sometido a altas presiones y bajas temperaturas se transforma en aire líquido; el agua hierve a menos de 100 ºC de temperatura cuando la presión atmosférica es mas baja de lo normal, como sucede cuando se asciende a una montaña. CALOR Y DILATACIÓN DE LOS CUERPOS Cuando se calienta una sustancia, la energía que absorbe hace que el movimiento de sus moléculas sea mas rápido yque estas ocupen un espacio mayor. En otras palabras, cuando se le da calor a una sutancia, sus moléculas adquieren mas energía y se mueven mas rapidamente por lo cual aumenta su temperatura y experimenta una dilatación. Dilatación es el aumento del volumen que experimenta un cuerpo por incremento de la temperatura. El fenómeno de la dilatación es común a todos los cuerpos, sean sólidos, líquidos o gaseosos. Dilatación de los sólidos: Cuando se calienta un cuerpo sólido se incrementan todas sus dimensiones: longitud, superficie y volumen. De ahí que de acuerdo con la forma del cuerpo, la dilatación puede ser: Lineal:

Al exponer a la acción del calor a un cuerpo sólido en el cual predomina la longitud sobre las otras dos dimensiones, como por ejemplo en una varilla de hierro observamos que la dilatación se nota principalmente por el incremento de su longitud, debido a lo cual se denomina dilatación lineal, ademas esta dilatación lineal depende de la naturaleza de la sustancia.

Superficial: En los cuerpos de forma plana o laminar, en los cuales predomina el largo y el ancho sobre el espesor (por ejemplo, una chapa de hierro) interesa el aumento de la superficie provocado por el aumento de la temperatura, que recibe el nombre de dilatación superficial. Esta forma de dilatación de modo semejante a lo que sucede con la lineal, varía de una sustancia a otra.

Cúbica: En los cuerpos sólidos donde no hay predominio de ninguna de las tres dimensiones del

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espacio, como por ejemplo en las esferas y en los cubos al ser calentados adquieren importancia el incremento del volumen, conocido como dilatación cúbica. En forma similar a los casos anteriores, la dilatación cúbica es diferente para cada sustancia. DILATACIÓN LINEAL:

DILATACIÓN SUPERFICIAL:

DILATACIÓN CÚBICA:

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Dilatación de los líquidos: Al someter a la acción del calor un recipiente completamente lleno con agua, al cabo de un cierto tiempo se observa que el líquido se derrama. Esto indica que el volumen del líquido ha aumentado es decir hubo una dilatación del líquido. Este caso también muestra que los líquidos se dilatan mas que los sólidos, pues seguramente el recipiente sólido también se ha dilatado pero al ser mayor el incremento de volumen del líquido éste se desborda. Como los líquidos necesariamente deben estar contenidos en un recipiente, provocando su dilatación, por lo cual parecería que disminuye el volumen del líquido. Luego, cuando el calor es absorbido por el líquido, éste comienza a aumentar su volumen en mayor proporción que el sólido, por lo cual se derrama. En general, puede afirmarse que los líquidos se dilatan unas cien veces más que los sólidos.

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Dilatación de los gases: Los gases, al igual que los sólidos y los líquidos, al ser expuestos a la acción del calor, experimentan el fenómeno de dilatación cúbica. Si se calienta un gas que puede expandirse libremente, su volumen se incrementa en forma directamente proporcional al aumento de la temperatura; por el contrario, si se encuentra en un recipiente cerrado, al no poder aumentar el volumen, se produce un incremento de presión. Experimentalmente se ha comprobado que los gases se dilatan en mucha mayor proporción que los líquidos y los sólidos. Como consecuencia de la dilatación el aire caliente es menos denso que el aire frío y por eso asciende a las capas superiores. Esta es la causa por la cual los globos aerostáticos de papel se elevan y los extractores de aire viciado se colocan enla parte superior de las habitaciones.

Importancia de la dilatación: El fenómeno de dilatación tiene diversas consecuencias en nuestra vida cotidiana, pues, a veces plantea problemas de difícil solución y en otros casos esta propiedad es utilizada en forma provechosa. Por ejemplo: La formación de grietas en techos y azoteas es causada, con frecuencia, por el movimiento de

los materiales que los forman, los cuales se dilatan y contraen como consecuencia de los cambios de temperatura.

En los pavimentos de hormigón se dejan de trecho en trecho, juntas de alquitran para evitar los efectos de la dilatación en verano y la contracción en invierno.

Entre los rieles de las vías férreas se deja un pequeño espacio para evitar que el aumento de temperatura los deforme.

En las ollas presión, al aumentar la temperatura se incrementa la presión en su interior, lo cual acelera el proceso de cocción.

La dilatación de ciertos líquidos (mercurio, alcohol) se utiliza para construir termómetros. Los recipientes de vidrio se dilatan al calentarse y se quiebran al contraerse por enfriamiento

rápido.

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LA TEMPERATURA: La información de la temperatura del aire es un dato importante desde el punto de vista meteorológico. La cocción de los alimentos se realiza a determinadas temperaturas. El funcionamiento de muchos artefactos depende de una correcta regulación de la temperatura. La conservación de determinados alimentos depende de una adecuada refrigeración. La temperatura corporal es un signo importante para establecer el estado de salud o de enfermedad del organismo. La elevación de la temperatura del agua que refrigera ciertos motores por encima de lo normal indica la existencia de desperfectos. Los valores de la temperatura se pueden expresar en grados celsius, fahrenheit, etc, de acuerdo con la escala que se utiliza. Para medir la temperatura ambiente se suelen utilizar los termómetros líquidos mientras que para las elevadas se emplean los pirómetros. En suma, la medición de la temperatura es una tarea necesaria en diversas actividades; puede realizarse de distintas formas, pero siempre empleando un termómetro y una escala termométrica. ¿Cómo es un termómetro?: Los termómetros que se usan habitualmente paa medir la temperatura ambiente están constituidos por un tubo capilar de vidrio, de paredes gruesas y diámetro constante, que presenta un ensanchamiento en uno de sus extremos, denominado bulbo. Dentro de ese tubo se coloca una cantidad conveniente de mercurio o de alcohol y se lo cierra herméticamente cuidando que en su interior no quede aire. En uno de los laterales, el tubo presenta una escala termométrica expresada en grados Celsius. El mercurio es el líquido mas apropiado porque reúne las principales condiciones requeridas para lograr mediciones lo mas exactas y confiables posible, tales como: es buen conductor del calor, su dilatación es uniforme (el volumen siempre experimenta la misma variación por cada grado que aumenta o desciende la temperatura) no se adhiere al vidrio; su capacidad calórica es baja; solidifica a temperatura baja -39°C y hierve a temperatura relativamente alta (357°C)lo cual permite medir las temperaturas más comunes. También es utilizado el alcohol, generalmente teñido de algún color para visualizarlo mejor. Este líquido es más económico que el mercurio y resulta de particular utilidad para medir temperaturas bajas porque solidifica a -130 °C. sin embargo, tiene el inconveniente de que hierve a 78°C, por lo cual la formación de vapores impide su uso para temperaturas mayores a 50°C. El tubo debe ser capilar para poder visualizar claramente el ascenso de la columna líquida producida por la dilatación. Asimismo, dicho diámetro debe ser uniforme en toda su extensión para que todos los grados sean iguales.

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Tipos de termómetros:

Termómetros comunes: La mayoría de los termómetros que miden la temperatura ambiente utilizan el alcohol como líquido, se le agrega un colorante

Pirómetros son instrumentos utilizados para medir temperaturas muy elevadas a cierta distancia, tales como las de ciertos hornos industriales, fundiciones, siderurgia, estrellas, etc, su funcionamiento se basa en lo siguiente: todos los materiales que se hallan a una temperatura superior a 0 K emiten energía, la cual aumenta a medida que se incrementa la temperatura del objeto. Este hecho hace posible medir la temperatura a cierta distancia determinando la radiación electromagnética emitida, particularmente si es infrarroja o visible. Se encuentran diferentes tipos de pirómetros como el de infrarrojos, pirómetro óptico, pirómetro de radiación total, etc, Estos pirómetros tienen la ventaja de que pueden medir temperatura desde cierta distancia sin necesidad de estar en contacto con el objeto. Actualmente existen modelos equipados con láser y microcomputador, que permiten realizar mediciones a distancia con gran precisión.

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Termómetro clínico: se utiliza para medir la temperatura del cuerpo humano, tiene una escala que se extiende entre 35 y 42 °C con intervalos de 0,1 °C. presenta la particularidad de que la columna mercurial se detiene en el punto más alto que alcanza, sin que descienda al retirarlo de la axila, de la boca o del ano, que son los lugares donde se determina la temperatura corporal. Esto es debido a que al comienzo del tubo capilar presenta un estrangulamiento, que impide que el mercurio descienda. En razón de que registra la temperatura más elevada que ha alcanzado se lo denomina termómetro de máxima.

LAS ESCALAS TERMOMÉTRICAS: Para medir la cantidad de una determinada magnitud se adopta una unidad de medida.Así, para medir la longitud se ha tomado como unidad el metro, para medir el volumen el litro, para medir el tiempo el segundo. Entonces, siendo la temperatura una magnitud, también es necesario establecer una unidad de medida adecuada para ella. A través del paso del tiempo se propusieron diversas unidades con las cuales se pudieron confeccionar diferentes escalas termométricas. En la actualidad, las que tienen mayor aceptación son las de Celsius (de uso en nuestro país) de Fahrenheit (utilizada en países de habla inglesa) y de kelvin (de uso científico) Escala Celsius En 1742, el físico sueco Anders Celsius (1701-1744) propuso la escala centígrada. Como el agua funde siempre a la misma temperatura y lo mismo sucede al hervirla en iguales condiciones de presión, eligió como puntos fijos cero y cien los que corresponden a la fusión y a la ebullición del agua pura, respectivamente. Una vez establecidos esos puntos se divide la escala en cien partes iguales, representando cada una de ellas una variación de 1°C. Esta escala puede continuarse por encima de los 100 °C y por debajo de los 0°C;en este último caso la temperatura se expresa mediante números negativos (por ejemplo: -10°C significa 10°C bajo cero) Escala Fahrenheit: En 1724, el físico alemán radicado en Amsterdan Gabriel Fahrenheit (1686-1736) ideó una escala que lleva su nombre y que es utilizada en los países de habla inglesa, En esta escala la unidad de medida es el grado Fahrenheit y su símbolo °F Con respecto a la escala de Celsius presenta las siguientes diferencias:

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El cero no corresponde al punto de fusión del hielo sino a una mezcla frigorífica de

hielo y sal que tiene una temperatura inferior a aquel de modo que: 0°C equivale a 32°F

Al punto de ebullición del agua le corresponde un valor de 212°F: 100°C equivale a 212°F

Entre 0 y 100 °C hay 180°F Equivalencias: X°C = Y °F - 32°F 100 °C 180°F

Escala absoluta o de Kelvin: A medida que disminuye el movimiento de las moléculas de un cuerpo, desciende la temperatura hasta llegar a un punto en el que las moléculas están inmóviles y no hay desprendimiento de calor. Esa temperatura es la menor que puede existir y se denomina cero absoluto. Por deducciones matemáticas se ha determinado que el cero absoluto corresponde a -273 °C. En base a esta deducción, y para que no existan temperaturas negativas se ha elaborado una nueva escala termométricas denominada escala absoluta o de kelvin La unidad de medida de esta escala se llama Kelvin en honor al físico ingles Lord Kelvin, siendo su símbolo K y no °K (no debe usarse el símbolo de grado) En esta escala se considera al cero absoluto como cero grado Kelvin (0 K); la temperatura de fusión del hielo (0 K) corresponde a 273 K y la temperatura de ebullición del agua (100°C) equivale a 373 K. La ecuación para transformar seria: K = n°C + 273

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O bien: °C = nK - 273

¿Cuál es la unidad SIMELA? EL sistema métrico legal argentino ha adoptado como unidad de temperatura termodinámica al KELVIN (K) aunque su uso está reservado para las áreas de la investigación científica. Además se acepta el uso de la escala de Celsius, cuya unidad es el grado Celsius (°C) Temperatura y sensación térmica: Desde niños aprendemos a distinguir entre cuerpos fríos, tibios y calientes, porque en nuestra piel se encuentra el sentido del tacto, a través del cual percibimos las sensaciones térmicas. Sin embargo, el sentido del tacto se halla influído por sensaciones anteriores. Así por ejemplo, si se coloca una mano en agua caliente y la otra en agua fría, y luego se colocan simultáneamente ambas manos en agua tibia: cada mano percibe una sensación de temperatura diferente. Asimismo, las sensaciones térmicas resultan influidas por el tipo de superficie. A modo de ejemplo: si se toca un objeto metálico y una prenda de lana que están a la misma temperatura, el metal parece frío y la lana cálida. Entonces, las sensaciones de temperatura son poco precisas y muchas veces nos inducen al error. Sólo permiten formular una apreciación subjetiva y cualitativa de los fenómenos térmicos. Por lo tanto si se desea tener una buena información sobre el estado térmico de los cuerpos hay que recurrir a los termómetros que nos permiten realizar determinaciones cuantitativas. ¿Que se entiende por sensación térmica en meteorología? Es común que en los boletines meteorológicos no sólo se indique a cuantos grados Celsius asciende la temperatura, sino que también se informe cuál es la sensación térmica. Esta expresión se refiere a las sensaciones e frío o de calor que las personas experimentan cuando están

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expuestas al aire libre. Es conocido que la temperatura del aire exterior no siempre coincide con el frío o con el calor que la persona siente, porque en la percepción de esa sensación también influyen la velocidad del viento y la humedad relativa. En un ambiente frío y de mucho viento, por ejemplo en las regiones más australes del país, las personas experimentan una sensación térmica equivalente a una temperatura menor que la indicada por el termómetro. Esto se debe a que el viento incrementa la pérdida de calor corporal a nivel de la piel, acelerando el proceso de enfriamiento de las zonas más expuestas ( cara, orejas, manos ) Así, por ejemplo, si en una mañana de invierno la temperatura es de 0ºC y existen condiciones de calma (sin viento) no se siente mucho frío, pero la misma temperatura y con viento de 40 km/h, la sensación térmica será equivalente a 15 ºC bajo cero. En el verano, la sensación térmica de incomodidad se incrementa cuando la humedad relativa del aire es alta. Así, por ejemplo, si la temperatura del aire es de 27 ºC y la humedad relativa del 40 %, la sensación térmica es igual a esa temperatura, pero, si la humedad se incrementa al 80 %, la persona se siente como si estuviera en un ambiente a 32 ºC. En este caso, el valor de la sensación térmica excede al de la temperatura del aire porque se inhibe el proceso de evaporación del sudor, que constituye un mecanismo natural de regulación de la temperatura corporal.

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ANEXO: CALORÍMETRO DE MEZCLAS: Es un dispositivo que se emplea para calcular el calor específico de una sustancia en la práctica y analíticamente también podemos calcular alguna otra magnitud interviniente en la formula de calor. El más común es el calorímetro de mezclas que esta formado por dos recipientes térmicamente aislados, cerrados y que poseen dos orificios en los que se encuentra un termómetro y un agitador o mezclador.

Se colocan dentro de él dos sustancias que pueden ser dos líquidos o un liquido y un sólido, de los cuales se puede conocer el estado térmico inicial, y también sus masas, uno de los elementos que se emplea con frecuencia es el agua ya que se conocen todas sus propiedades y es de fácil obtención. Cuando las dos sustancias se encuentran en contacto la de mayor estado térmico le cede calor a la de menor estado térmico y por ser este un recipiente con las características que antes mencionamos no hay perdida de calor y el termómetro que posee nos indica la temperatura final de la mezcla, de esta forma también se comprueba que las temperaturas no son promediables. La expresión que permite hacer el cálculo analítico es la siguiente: Q1 = -Q2 El calor absorbido por una es cedido por la otra sustancia Siendo Q1 = Ce1 . m1 (Tf - Tinicial1) y Q2 = - [ Ce2 m2 (Tf - Tinicial2) ] Ce1 . m1 (Tf - Tinicial1) = - [ Ce2 m2 (Tf - Tinicial2) ] De esta manera podremos despejar cualquiera de los datos teniendo en cuenta que la temperatura final es única en la mezcla. Por ejemplo:

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Problema: En un calorímetro se colocan 36 g de hierro a 64 °C con 500 g de agua a 24°C. Calcular la temperatura de equilibrio térmico (Tf) Datos: Ce1 0,115 cal/g°C ; m1= 36 g ; Tinicial 64 °C Ce2 1,000 cal/g°C ; m2 = 500 g ; Tinicial 24°C 0,115 cal/g°C . 36 g . (Tf- 64°C) = - [ 1,00 cal/g°C 500 g (Tf - 24°C)] 4,14 (Tf - 64 °C) = - 500 (Tf - 24°C) 4,14 Tf - 264,9 °C = - 500 tf + 12000 °C ( 4,14 + 500) tf = ( 12000 + 264,9 ) °C 504,14 tf = 12264,9 °C tf = 12264,9 °C 504,14 Tf = 23,328 °C