jueves, 10 de mayo de 2007



INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL

CENTRO DE ESTUDIOS CIENTIFICOS Y

TECNOLOGICOS14

LUIS ENRIQUE ERRO SOLER

PROYECTO AULA

FISICA II

LOS MEDIOS ELECTRONICOS COMO HERRAMIENTA PARA EL APRENDIZAJE

OBJETIVO GENERAL DE LA UNIDAD

Nuestro objetivo es que usted lector comprenda o esclarezca los conceptos de temperatura y calor, así como sus efectos sobre la materia, realizar ejercicios de sus aplicaciones y ampliar conocimientos, por este medio electrónico de gran acceso y facilidad de manejo para su mayor aprovechamiento, aplicando así La Física en los medios Electrónicos para su Aprendizaje.

INTRODUCCIÓN DE LA UNIDAD

En esta unidad se verá un tipo de energía diferente que es la energía Calorífica o calor, la cual presenta muchas variaciones, como también veremos que es la temperatura, pues estos dos conceptos son susceptibles a confundirse entre sí, por la similitud de su concepto y su relación.

Explicaremos el concepto de Dilatación, y conoceremos los conceptos de los diversos temas dados aquí a conocer, sus aplicaciones, ejemplos y resolveremos problemas para un mayor entendimiento, claro, esperando que sea de su agrado.

RESUMEN GENERAL

La temperatura es la magnitud física que indica que tan caliente o fría esta una sustancia u objeto respecto a un cuerpo que se toma como base o patrón, siendo una propiedad intensiva ya que no depende de la cantidad de materia de un cuerpo, ni de su naturaleza, si no del ambiente en que se encuentre dicho cuerpo o el sistema físico, su valor depende de la energía cinética media o promedio de sus moléculas, para medirla se emplean los termómetros que pueden ser de mercurio, de alcohol, de resistencia, de éteres, tolueno o petróleo.
El calor es la energía en transito y siempre fluye de cuerpos de mayor temperatura a los de menor temperatura.
Las corrientes de convección se establecen entre dos puntos de una masa fluida cuando existe entre ellos una diferencia de temperatura, donde hay una circulación de masa, donde las masas más calientes ascienden y las masas más frías descienden para crear un ciclo y una temperatura estable.
La dilatación de los cuerpos se da por los cambios de temperatura que afectan el tamaño de los cuerpos, la mayoría de estos se dilatan al calentarse y se contraen al enfriarse, los gases se dilatan mucho más que los líquidos y estos más que los sólidos, en los cuerpos sólidos tal como alambres, varillas o barras lo más importante es el aumento de longitud que experimentan al elevar su temperatura, es decir, su Dilatación es Lineal. Cuando el área o superficie de un cuerpo se dilata lo hace incrementando sus dimensiones de largo y ancho en la misma proporción por lo que presenta una Dilatación Superficial. Si el largo, ancho y alto de un cuerpo se incrementan se produce una Dilatación Cubica.
También existe la Dilatación Irregular del Agua, esta se presenta cuando se tiene un gramo de agua a 0°C , pero si se calienta en lugar de dilatarse se contrae y entonces alcanza su valor máximo de densidad y si el calentamiento continua entonces comenzará a incrementar su volumen, debido a este fenómeno, durante el invierno los peces y otras especies acuáticas pueden conservar la vida ya que el agua de la superficie de los lagos y estanques disminuye su temperatura y alcanza su mayor densidad por lo que se va al fondo y es remplazada por otra de mayor temperatura, estableciéndose así una circulación del agua.
El calor especifico se define como la cantidad de calor que necesita un gramo de una sustancia para elevar su temperatura en un grado Centígrado, es una propiedad característica de la materia ya que su valor posibilita diferenciar una sustancia de otra.
El Calor Especifico y Absorbido por los cuerpos es cuando un cuerpo caliente se pone en contacto con uno frío y existe un desequilibrio térmico, y por tanto se producirá una transferencia de calor del cuerpo caliente al frío, hasta que igualen su temperatura, en un intercambio de calor la cantidad del mismo permanece constante ya que el calor transmitido por uno o más objetos calientes será el mismo que reciba uno o más objetos fríos, dando origen a la Ley del Intercambio, que señala que en cualquier Intercambio de Calor Efectuado, el Calor Cedido o Perdido es igual al Calor Ganado o Absorbido.

CONCEPTO DE TEMPERATURA Y SU MEDICIÓN

Concepto de Libro.
La temperatura es la magnitud física que indica que tan caliente o fría esta una sustancia u objeto al respecto a un cuerpo que se toma como base o patrón, la temperatura es una propiedad intensiva ya que no depende de la cantidad de materia de un cuerpo o un sistema, ni de su naturaleza, si no del ambiente en que se encuentren dicho cuerpo o sistema físico.

Otros Conceptos.
*La temperatura es una medida de calor o energía térmica de las partículas en una sustancia, esta no depende del número de partículas en un objeto y por lo tanto no depende de su tamaño.
*Temperatura es una medida de la energía cinética, de los átomos o moléculas que constituyen un objeto material cualquiera. Su medida se realiza a través de los cambios que experimentan algunas magnitudes físicas, cuando los cambios son sometidos a intercambios de energía térmica. En terminos muy generales y aproximados, se puede decir que la temperatura es una magnitud proporcional a la energía cinética promedio que tienen las partículas, átomos, moléculas, que constituyen un cuerpo. Si todas las partículas de un cuerpo tuviesen la misma energía de movimiento la temperatura seria proporcional a esa energía. Cuando un cuerpo caliente entra en contacto con un cuerpo frío, se produce un intercambio de energía del cuerpo mas caliente al cuerpo más frío, debido a que las partículas del cuerpo más caliente tienen más energía en promedio que las partículas del cuerpo frío.

Ejemplos de temperatura y Calor.
*Cuando frotamos las manos o martillamos un clavo; aquí se produce un intercambio de energía entre las partículas de las superficies en contacto y por consiguiente hay un incremento de temperatura.
*Nosotros experimentamos la temperatura todos los días. Cuando hace calor o cuando tenemos fiebre sentimos calor y cuando esta nevando sentimos frío, aqui la temperatura varía.
*Cuando estamos hirviendo agua, hacemos que la temperatura aumente y cuando estamos haciendo helado esperamos que la temperatura baje.

¿Con que se mide la Temperatura?
Para medir la temperatura se emplean los termómetros, donde ahora presentaremos su definición.
Instrumento que se utiliza para medir la temperatura, consiste en un tubo de cristal graduado con otro tubo insertado relleno de líquido, el cual se dilata o comprime según la temperatura y en base a la altura que alcance se lee en la escala graduada. Las diferentes escalas usadas en meteorología son: Celsius, Fahrenheit y Kelvin o Absoluta.

Ahora bien presentaremos algunos tipos de termómetros que existen.

*Termómetro Clínico.- Debido al estrechamiento de la base del cubo capilar, la columna de mercurio no puede regresar al deposito. Por ello este termómetro sigue indicando la temperatura de una persona, aunque ya no este en contacto con ella. La variable utilizada para medir la temperatura es la longitud de la columna de Mercurio.
*Termómetro de resistencia.- En este termómetro se mide la temperatura de los cuerpos a través de los cambios que experimenta la resistencia de un material con la energía térmica.
*Termómetros Digitales.- Incorporan un microchip que actúa en un circuito electrónico y es sensible a los cambios de temperatura, ofreciendo una lectura directa de la misma.
*Pirómetro.- Se utiliza para medir temperaturas muy elevadas.
*Termómetro de Globo.- Sirve para medir la temperatura radiante. Consiste en un termómetro de Mercurio que tiene el bulbo dentro de una esfera de metal hueca, pintada de negro humo. La esfera absorbe la radiación de los objetos del entorno mas calientes que el aire y emite radiación hacia los más fríos, dando como resultado una medición que tiene en cuenta la radiación. Se utiliza para comprobar las condiciones de comodidad de las personas.
*Termómetro de Máxima y Mínima.- Este se utiliza en la Meteorología.

martes, 8 de mayo de 2007

MECANISMOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR

La transferencia de calor entre los cuerpos se puede realizar por tres tipos de mecanismos que son:
**Conducción**
Se da en los sólidos, se basa en el contacto directo de las partículas de dos cuerpos, haciendo pasar el movimiento cinético, de sus partículas al otro cuerpo, por lo cual fluye la temperatura, esta transmisión de calor continuara mientras exista una diferencia de temperatura entre los extremos y cesara por completo cuando sea la misma temperatura en las dos partes.
Un ejemplo de esto es cuando ponemos una varilla de acero el fuego, la cual con el paso del tiempo y la intensidad del fuego se van calentando poco a poco, la varilla hasta que el calor toca el otro extremo de la varilla.
**Convección**
Se presenta en los líquidos y gases. Este mecanismo se basa en que las moléculas calientes de un liquido o de un gas tienen tendencia a elevarse, mientras que las moléculas frías tienden a descender, formando así las llamadas corrientes de convección.
Un ejemplo claro es cuando ponemos a calentar agua en una tetera, esta con el calor que se empieza a provocar se comienza a calentar el agua por lo cual se empiezan a formar como lo habíamos mencionado las corrientes de convección.
**Radiación**
Este no se produce por ningún intercambio de masa y no se necesita ningún medio material para que se transmita; en este momento se da la transmisión de calor que se da por medio de ondas electromagnéticas esparcidas incluso en el vació, todos los cuerpos calientes emiten radiaciones caloríficas, es decir, ondas electromagnéticas de energía proporcional a su temperatura.
Un ejemplo seria en una fogata nos proporciona calor en las noches para que nuestra temperatura no baje, ya que el fuego de la fogata provoca con su calor andas electromagnéticas las cuales si estamos más cerca de la fogata sentiremos más el calor que nos proporciona.

DILATACIÓN

Es el cambio presentado en un cuerpo por un cambio de temperatura , este puede dilatarse de tres maneras:

*Dilatación Lineal
En los cuerpos sólidos como en los alambres, varillas, lo más importante es el aumento de longitud que experimentan al elevar su temperatura, es decir su dilatación es en su longitud, en linea.

*Dilatación Superficial
Cuando una área o superficie se dilata, lo hace incrementando sus dimensiones en la misma proporción. Este tipo de dilatación la encontramos más en superficies que presenten un largo y un ancho como son las laminas.

*Dilatación Cubica
Implica aumento en las dimensiones de un cuerpo: largo, ancho, y alto, lo que significa un incremento de volumen.


*Dilatación Irregular del Agua
Cuando se tiene un gramo de agua a 0º Centígrados al calentarse en lugar de Dilatarse se contrae entonces alcanza su valor máximo de densidad, y si el calentamiento continua entonces su volumen aumentara, debido a este fenómeno durante el invierno los peces y otras especies marinas pueden conservar la vida ya que el agua de la superficie de los lagos y de los estanques disminuye su temperatura alcanzando su mayor densidad por lo que se va al fondo y es reemplazada por otra de mayor temperatura estableciéndose así una circulación en forma de ciclo. Un ejemplo muy claro de la vida cotidiana es al introducir un refresco al congelador para que se enfrié, pero si olvidas sacarlo a tiempo verás que se congela y el envase se rompe debido a que el agua no se contrae al disminuir su temperatura, si no que aumenta su volumen al pasar de liquido a sólido, mejor dicho al hacerse hielo.


Coeficientes.
Son los incrementos que presentan las sustancias particularmente cuando su temperatura se eleva a un grado Centígrado.
Existen diferentes coeficientes para los diversos metales dependiendo de el tipo de dilatación que se maneje.
**Tabla de Coeficientes**
Sustancias_____ Y _____________B______________a
Hierro _____23.4X10^-6______35.1X10^-6_______11.7x10^-6
Aluminio____44.8X10^-6_____ 67.2X10^-6_______ 22.4x10^-6
Cobre______ 33.4X10^-6_____ 50.1X10^-6_______ 16.7x10^-6
Plata______ 36.5X10^-6______________________ 18.3x10^-6
Plomo______54.6X10^-6______________________ 27.3x10^-6
Níquel______25.0X10^-6______________________ 12.5x10^-6
Acero_______ 23.0X10^-6____ 34.5X10^-6_______11.5x10^-6
Zinc________ 14.6X10^-6_____________________ __35.4x10^-6
Vidrio_______21.9X10^-6 ______7.3x10^-6
Mercurio____________________ 182X10^-6
Glicerina_____________________485X10^-6
Alcohol Etílico_________________746X10^-6
Petróleo______________________895X10^-6
Gases a 0°______________________1/273


**Significado de las variables**
a=Coeficiente de Dilatación Inicial
Y=Coeficiente de Dilatación Superficial
B=Coeficiente de Dilatación Cubica
Nota:
Cabe señalar que los coeficientes son expresados en 1/°C o °C-1

CALOR ESPECIFICO DE LAS SUSTANCIAS

Iniciaremos con algunos conceptos.
Calor, es una energía en transito y siempre fluye de los cuerpos de mayor temperatura a los de menor temperatura.
Calor especifico, es la cantidad de calor que necesita un gramo de una sustancia para elevar su temperatura a un grado centígrado.
Caloría es la cantidad de calor aplicado a un gramo de agua para elevar su temperatura a 1°C
Capacidad Calorífica, es la relación del calor suministrado con respecto al correspondiente incremento de temperatura del cuerpo, las unidades de la capacidad calorífica pueden ser en : cal/°C, kcal/°C, J/°C, J/K, o BTU/°E.
Es evidente que mientras más alto sea el valor de la capacidad calorífica de una sustancia, significa que requiere mayor cantidad de calor para elevar su temperatura.

CAPACIDAD CALORÍFICA DE LAS SUSTANCIAS

Nos referimos a que cuando calentamos un mismo material de distinta masa, sabemos que su capacidad calorífica entre las dos sustancias no es la misma, pues es diferente la cantidad de masa de cada sustancia aun siendo de la misma materia, ahora si tomamos un gramo de cada sustancia siendo iguales sabemos que su capacidad será la misma.

CALOR CEDIDO Y ABSORBIDO POR LOS CUERPOS

El termino calor se ha presentado como la energía térmica absorbida o liberada durante un cambio de temperatura. Existe un Principio del Equilibrio Térmico que nos dice que siempre que los objetos se coloquen juntos en un ambiente aislado, finalmente alcanzarán la misma temperatura. Esto es el resultado de una transferencia de energía térmica de los cuerpos más calientes a los más fríos.

Calor cedido = Calor Ganado


También cuando un cuerpo caliente se pone en contacto con uno frió, existe un desequilibrio térmico, y , por tanto, se realizara una transferencia de calor, hasta que se igualen las temperaturas de los cuerpos, dando origen a la llamada Ley del Intercambio de Calor que dice: En cualquier intercambio de calor efectuado, el calor cedido o perdido es igual al absorbido o ganado.