FISICA II

SEMANA 4

TEMPERATURA, DILATACION

• Temperatura• Energía Térmica• Temperatura contra Energía• Temperatura• Equilibrio Termico

CONTENIDOS TEMÁTICOS

Energía térmicaLa energía térmica es la energía interna total de un objeto: la

suma de sus energías cinética y potencial molecular.

La energía térmica es la energía interna total de un objeto: la

suma de sus energías cinética y potencial molecular.

Energía térmica = U + KEnergía térmica = U + K

U = ½kx2

K = ½mv2

Energía interna: las analogías de resorte son útiles:

TemperaturaLa temperatura se relaciona con la actividad cinética de las moléculas, mientras que la dilatación y los cambios de fase de las sustancias se relacionan más con la energía potencial.

2½mvT

N

Temperatura contra energía interna

Las jarras grande y pequeña tienen la misma temperatura, pero no tienen la misma energía térmica. Una mayor cantidad de agua caliente funde más hielo.

El volumen más grande tiene mayor energía térmica

Misma temperatura inicial

agua

hielohielo

Equilibrio de temperatura

El calor se define como la transferencia de energía térmica debido a una diferencia en temperatura.

Contenedor aislado

Dos objetos están en equilibrio térmico si y sólo si están a la misma temperatura.

Carbones calientes

TermómetroUn termómetro es cualquier dispositivo que, mediante escalas marcadas, puede dar una indicación de su propia temperatura.

T = kXT = kX

X es propiedad termométrica: dilatación, resistencia eléctrica, longitud de onda de luz, etc.

Ley cero de la termodinámicaLey cero de la termodinámica:Ley cero de la termodinámica: Si dos objetos Si dos objetos AA y y BB están en equilibrioestán en equilibrio por separadopor separado con un tercer objeto con un tercer objeto CC, entonces los objetos, entonces los objetos A A y y BB están en equilibrio están en equilibrio térmico mutuo.térmico mutuo.

AObjeto C

A B

Equilibrio térmico

Misma temperaturaB

Objeto C

1000C 2120F

00C 320F

Escalas de temperatura

El punto fijo inferior es el punto de congelación, la temperatura a la que el hielo y el agua coexisten a 1 atm de presión:

0 0C o 32 0F0 0C o 32 0F

El punto fijo superior es el punto ebullición, la temperatura a la que vapor y agua coexisten a 1 atm de presión: 100 0C o 212 0F100 0C o 212 0F

Comparación de intervalos de temperatura

Intervalos de temperatura:

100 C0 = 180 F0

5 C0 = 9 F0

Si la temperatura cambia de 79 0F a 70 0F, significa una disminución de 5 C0.

2120F

320F

180 F0

1000C

00C

100 C0

Etiquetas de temperatura

Si un objeto tiene una temperatura específica, se coloca el símbolo de grado 0 antes de la escala (0C o 0F).

t = 60 t = 60 00CC

Se dice: “La temperatura es sesenta grados Celsius.”

Se dice: “La temperatura es sesenta grados Celsius.”

Etiquetas de temperatura (Cont.)Si un objeto experimenta un cambio de temperatura, se coloca el símbolo de grado 0 después de la escala (C0 o F0) para indicar el intervalo de temperatura.

Se dice: “La temperatura disminuyó cuarenta grados Celsius.”Se dice: “La temperatura disminuyó cuarenta grados Celsius.”

t = 60 0C – 20 0C t = 40 C0

ti = 60 0C

tf = 20 0C

Temperaturas específicas

2120F

320F

1000C

00C

180 F0100 C0

tC tF

Mismas temperaturas tienen números diferentes: 0C 0F

0 00 32

100 div 180 divC Ft t

095 32C Ft t

095 32F Ct t 095 32F Ct t 05

9 32C Ft t 059 32C Ft t

Ejemplo 1: Un plato de comida se enfría de 1600F a 650F. ¿Cuál fue la temperatura inicial en grados Celsius? ¿Cuál es el cambio en temperatura en grados Celsius?Convierta 160 0F a 0C de la

fórmula: 059 32C Ft t 05

9 32C Ft t 0

0 05 5(128 )(160 32 )

9 9Ct tC = 71.1 0CtC = 71.1 0C

0 0 0160 F 65 F 95 Ft 9 F0 = 5 C09 F0 = 5 C0

00

0

5 C95 F

9 Ft

t = 52.8 C0t = 52.8 C0

Limitaciones de las escalas relativas

El problema más serio con las escalas Celsius y Fahrenheit es la existencia de temperaturas negativas.

Claramente, ¡la energía cinética promedio por molécula NO es cero o en 0 0C o en 0 0F!

¿-25 0C?

T = kX = ¿0?T = kX = ¿0?

Termómetro a volumen constante

Válvula

Volumen constante de un gas. (Aire, por ejemplo)

Presión absoluta

La búsqueda para un cero verdadero de temperatura se puede hacer con un termómetro a volumen constante.

Para volumen constante:

T = kP

Para volumen constante:

T = kP

La presión varía con la temperatura.

Cero absoluto de temperatura

1000C00C

P1 P2

T1 T2

Grafique los puntos (P1, 00C) y (P2, 1000C); luego extrapole a cero.

Cero absoluto = -2730CCero absoluto = -2730C

-2730C 00C 1000C

P

T

Cero absoluto

Comparación de cuatro escalas

1 C0 = 1 K1 C0 = 1 K

5 C0 = 9 F5 C0 = 9 F

095 32F Ct t 09

5 32F Ct t

059 32C Ft t 05

9 32C Ft t

TK = tC + 2730TK = tC + 2730

hielo

vapor

273 K

373 K

Kelvin

0 K

KRankine

0 R

460 R

672 R

RFahrenheit

320F

-4600F

2120F

F

1000C

00C

-2730C

CelsiusC

GRACIAS