TERMOMETRIA Y DILATACION

TEMA 1: TEMPERATURA Y CALOR

En la actualidad se acepta que el calor tiene su origen en la energía cinética de las moléculas ( energía que pose un cuerpo en virtud de su movimiento molecular , el aumento de esta energía se manifiesta con la elevación de temperatura del cuerpo . La temperatura es una propiedad del cuerpo y el calor es el flujo de energía entre dos cuerpos a diferentes temperaturas. Desde el punto de vista macroscópico, la temperatura de un cuerpo es su estado térmico considerado con referencia a su poder de comunicar calor a otros cuerpos

 

Temperatura

Es difícil dar una definición formal de temperatura, ya que frecuentemente se confunde con el concepto de calor, que es energía; sin embargo podemos decir lo siguiente:

La intensidad de calor de una sustancia o de un cuerpo, o su tendencia para transmitir calor, es medida por su temperatura. La temperatura no indica la cantidad de calor, si no que es una medida de calor sensible de un cuerpo o de un grado de enfriamiento.
un cuerpo esta frío o caliente según la impresión que nos produce al tocarlo. De ahí la necesidad de utilizar instrumentos que indiquen las temperaturas de los cuerpos, que llevan el nombre de termómetros.

Termómetros 

Los aparatos mas comunes para medir la temperatura son los termómetros de mercurio, para medir las temperaturas bajas se utilizan los termómetros de alcohol y para las altas los termo polares. Los termómetros de mercurio son dispositivos que constan de un tubo de vidrio capilar, que en su parte interior se encuentra el mercurio, este elemento así como otras experimenta el aumentos de volumen o disminuciones cuando su temperatura varía; si se calienta el mercurio su volumen aumenta y si se enfría se contrae.

Escalas termométricas

Las escalas que se utilizan para medir las temperaturas son: la escala Celsius(Andrés Celsius) C°, la escala Fahrenheit F°,escala kelvin K°y escala rankine R°.

Relación entre las escalas termométricas

 

 

Dilatación

cuando se aplica calor a un cuerpo, se incrementa la energía cinética y estas requieren mayor espacio, lo cual produce un aumento del volumen del cuerpo ;  a este aumento se le denomina dilatación.
la dilatación es una fenómeno físico que se presenta generalmente en todos los estados de agregación de la materia ( solido,liquido, gaseoso y plasma), ya que toda materia se dilata y se contrae al enfriarse.

 

Tenemos tres clases de dilatación:

A)Dilatación lineal
B)Dilatación superficial
C)Dilatación volumétrica

A) Dilatación lineal: en los solidos particularmente en los metales se aprecia mas la dilatación en la longitud que el volumen.El alargamiento dependerá del tipo de metal y del incremento de la temperatura.

El coeficiente de dilatación lineal se expresa con la letra alfa y se expresa matemáticamente con la siguiente formula:

APLICACIONES

Aplicación 1 de Electrotecnia:

En un motor hay 2 partes fundamentales (el rotor y el estator), al rebobinarlo el rotor sale del estator, supongamos que la temperatura donde estamos trabajando es de 20°C y de repente sube la temperatura a 40°C,ya sea por el sol o porque esta cerca a una maquina que transmite calor, hay una variación de temperatura y a efecto de eso ocurre la DILATACIÓN  como la mayor parte del rotor es de fierro va a sufrir la dilación volumétrica lo cual al momento de armar el motor, el rotor no va a entrar al estator lo cual va a ocasionar que ese motor no funcione y que probablemente se paralice la sección donde trabaje el motor dando en consecuencia de que la empresa tenga perdidas de producción y consecuentemente en dinero porque todas la secciones de trabajo operan en conjunto y todo por un efecto físico que es la DILATACIÓN DE CUERPOS.

 

 Aplicación 2 de Electrotecnia:

en algunas empresas, internamente las conexiones de mando de una fresadora o un torno los cables están expuestos al aire libre supongamos que los cables están en una temperatura de 20°C y con el tiempo y las estaciones del año puede ocurrir que la temperatura sobrepase los 40°C o que también este cerca a una caldera o una maquina que transmite calor, lo cual se va a producir la DILATACIÓN pero como el coeficiente de temperatura de cobre es mas grande que el del caucho se va a producir que el cobre del alambre se descubra y eso va a pasar por los dos cables que alimentan el circuito lo cual va a producir un corto circuito, el que no va a hacer identificado al instante y va a demorar a que encuentren el problema lo cual va a hacer que se paralice la empresa y perdida en la producción y todo por un efecto físico que es la DILATACIÓN DE CUERPOS.

APLICACIONES DE QUIMICA

Toda reacción química lleva asociada una variación observable de energía que puede manifestarse en forma luminosa, eléctrica, mecánica o calorífica, siendo esta última, con mucho, la más frecuente. Para estudiar un proceso químico desde un punto de vista energético, se suele considerar separadamente el conjunto de sustancias en transformación, denominado genéricamente sistema, del resto, que recibe el nombre de medio o entorno. De acuerdo con lo anterior, las reacciones químicas implican una transferencia de energía que en unas ocasiones se lleva a cabo del sistema al medio y en otras en sentido inverso. Si la reacción lleva consigo un desprendimiento de calor del sistema al medio, se denomina exotérmica. Por el contrario, si el proceso químico implica la absorción de una cierta cantidad de calor del medio por parte del sistema, se denomina endotérmica.

El principio de mínima energía

Como en toda la naturaleza, también en las reacciones químicas opera el principio de mínima energía según el cual los sistemas materiales tienden a evolucionar en el sentido en el que disminuye su energía potencial. Una bola rueda por un plano inclinado hasta encontrar la posición más baja, que es la de menor energía; un muelle comprimido se expande para conseguir una condición de mínima deformación y, por tanto, de mínima energía acumulada, y una reacción química evoluciona hacia estados de menor contenido energético.
Sucede, en ocasiones, que siendo el contenido energético de los productos inferior al de los reactivos, el sistema en cuestión no evoluciona espontáneamente como cabría esperar según el principio de mínima energía. En una parte de los casos, esto es debido a que se precisa una cierta cantidad de energía, por lo general pequeña, para poner en marcha la reacción, de la misma manera que es preciso dar un impulso inicial a un bloque de madera para que descienda por un plano inclinado. Esta dosis de energía inicial se denomina energía de activación y se emplea en la ruptura de los primeros enlaces, que suministrará energía propia suficiente como para mantener la reacción por sí misma.