Temperatura y Calor

Introducción

La temperatura (Tº) nos indica cuán caliente o frío se encuentra un cuerpo. Si un cuerpo está más frío que otro, decimos que el primero se encuentra a menor temperatura. Los conceptos de frío y caliente son subjetivos, ya que factores externos pueden influir en nuestra percepción.

Materia y Temperatura

Toda la materia está formada por átomos, que a su vez forman moléculas. En los distintos estados de la materia, observamos diferentes distancias entre estas moléculas. Estas partículas vibran constantemente con respecto a un punto de equilibrio.

Propiedades Termométricas

Cualquier variación que se produce en un cuerpo debido a un cambio de temperatura se denomina propiedad termométrica.

Dilatación

Dilatación Lineal

En la dilatación lineal, consideramos solo una dimensión de variación, como en una barra o un alambre, donde el diámetro es pequeño en comparación con su longitud. La dilatación depende de la variación de temperatura: a mayor aumento de temperatura, mayor movimiento de las partículas y, por lo tanto, mayor dilatación.

Ecuación de la Variación de Longitud

(Insertar ecuación aquí)

Dilatación Superficial

En una lámina, la variación de longitud ocurre en todas las direcciones a lo largo de su superficie. Hablamos de una variación de área, que puede estimarse como el doble de la variación lineal.

Dilatación Volumétrica

En un cuerpo tridimensional, tenemos tres dimensiones de dilatación. La ecuación para la dilatación volumétrica es análoga a la de la dilatación lineal y superficial.

Anomalía del Agua

La anomalía del agua hace que se congele primero en la superficie. El agua fría, al ser menos densa, se encuentra en la superficie. El hielo, al ser menos denso que el agua líquida, flota como un iceberg.

Termómetros

Muchos termómetros utilizan alcohol teñido en lugar de mercurio en su interior.

Tipos de Termómetros

• Termómetro de Vidrio:

  Un tubo de vidrio sellado que contiene un líquido, comúnmente mercurio o alcohol. El líquido se contrae o expande al variar la temperatura, indicando la temperatura correspondiente en una escala graduada.

• Termómetro Bimetálico:

  Formado por dos metales con distinto coeficiente de dilatación. Al aumentar la temperatura, la tira metálica se curva, permitiendo medir la temperatura.

• Termómetro de Gas:

  Utiliza la dilatación térmica de los gases. Son muy precisos y se utilizan para calibrar otros termómetros.

• Termómetro Digital:

  Registra las variaciones en la resistencia eléctrica de un circuito debido a los cambios de temperatura. Un chip muestra la temperatura numéricamente en una pantalla digital.

Escalas Termométricas

Las escalas termométricas nos permiten registrar la temperatura y darle un sentido físico.

• Escala Celsius:

  La escala más común para medir la temperatura corporal y ambiental. Creada en 1742 por Anders Celsius.

• Escala Fahrenheit:

  Usada principalmente en Estados Unidos. Creada por Daniel Gabriel Fahrenheit.

• Escala Kelvin:

  La escala de unificación universal. Creada en 1848.

Calor

El calor es una manifestación de energía. La transferencia de energía es lo que llamamos calor.

Relación entre Temperatura y Calor

Los conceptos de temperatura y calor están relacionados, pero son diferentes. La temperatura mide la energía cinética promedio de las moléculas, mientras que el calor es la energía transferida entre cuerpos debido a una diferencia de temperatura.

Equilibrio Térmico

Cuando dos cuerpos se encuentran a la misma temperatura, decimos que están en equilibrio térmico. La temperatura de equilibrio no corresponde necesariamente a la temperatura promedio, ya que depende de factores como la masa y la capacidad calorífica de cada cuerpo.

Propagación del Calor

• Conducción:

  Transferencia de calor por contacto directo entre partículas, sin flujo neto de materia.

• Convección:

  Transferencia de calor por movimiento de fluidos. El fluido caliente asciende y el frío desciende, creando corrientes de convección.

• Radiación:

  Transferencia de calor por ondas electromagnéticas. No requiere un medio material para propagarse.

Calor y Cambios de Fase

Para que una sustancia cambie de fase, debe haber una transferencia de calor. Dependiendo del cambio, habrá emisión o absorción de calor.

Calor Sensible

Cuando un cuerpo experimenta un cambio de temperatura, se llama calor sensible y se expresa mediante la ecuación: Q = mcΔT

Calor Latente

Si el calor produce un cambio de fase a temperatura constante, se llama calor latente de cambio de fase.

Ley de Enfriamiento de Newton

La velocidad de enfriamiento de un cuerpo cálido en un ambiente más frío es proporcional a la diferencia entre la temperatura instantánea del cuerpo y la del ambiente.