1. Todos sabemos que cuando calentamos un objeto su temperatura aumenta. A menudo pensamos que calor y temperatura son lo mismo. Sin embargo este no es el caso. Calor y Temperatura El calor y la temperatura están relacionadas entre si, pero son conceptos diferentes.

2. DIFERENCIA CALOR TEMPERATURA Es la suma de la energía Cinética de todas las moléculas De una sustancia Es una medida de la energía cinética media De las moléculas que conforman Un cuerpo o sustancia depende de la velocidad de las partículas, su número, su tamaño y su tipo es energía no es energía, sino, Una medida de ella

3. LA TEMPERATURA esta relacionada con cambios en el movimiento irregular y desordenado de las moléculas. Por ejemplo: cuando 2 cuerpos con diferentes temperaturas se ponen en contacto, se transfiere ENERGÍA TÉRMICA, cuya intensidad dependerá de la cantidad de moléculas contenidas en la sustancia (masa).

4. Es decir, 2 cuerpos pueden tener LA MISMA TEMPERATURA pero DIFERENTE ENERGÍA TÉRMICA. 2L 200 ml Por ejemplo: si de 1 jarra que contiene 2L de agua viertes 200 ml en 1vaso, vas a tener 2 recipientes con agua a la misma temperatura, pero, el agua de la jarra tendrá mayor energía térmica que la del vaso, simplemente porque la de la jarra tiene más moléculas que la del vaso. Mientras más moléculas contiene un cuerpo, mayor es su energía térmica. LA ENERGIA TÉRMICA es la suma de las energías cinética y potencial interna de un cuerpo o sustancia.

5. La energía térmica se transfiere de un cuerpo a otro, del más caliente al más frío Por ejemplo :

8. Si el contacto dura un tiempo suficiente, los 2 cuerpos adquirirán la misma temperatura. Se dice entonces que han alcanzado el EQUILIBRIO TÉRMICO.

9. ¿Cuál de las 2 tazas de café tiene mayor cantidad de calor, si ambas se encuentran a 70 °C ? Ejercicio CALOR y TEMPERATURA 500 ml 250 ml R= como te habrás dado cuenta en los 2 recipientes, la energía cinética media de cada molécula es la misma, por lo tanto la temperatura también es igual (70 °C). Pero la taza de 500 ml tiene una mayor cantidad de liquido que la de 250 ml, la suma de la energía cinética media de todas las moléculas (calor) será mayor en el recipiente más grande.

10. Escalas de Temperatura Desde que somos pequeños obtenemos los primeros indicios de temperatura, mediante sensaciones de frío y calor; por ejemplo cuando tocamos la placa de una estufa para saber que tan caliente se encuentra, pero no podemos estar asiendo esto siempre, ya que si esta muy caliente corremos el riesgo de sufrir quemaduras graves, además de que nuestras mediciones de temperatura serían muy imprecisas. Es por esto que se invento el termómetro. En la actualidad existe una gran cantidad de termómetros para medir temperaturas desde las más bajas hasta las más altas .

11. EL TERMÓMETRO es un dispositivo que sirve para medir la temperatura . Existen diferentes tipos de termómetros, sin embargo, todos funcionan de la misma manera. Termómetro ambiental El funcionamiento de los termómetros se basa en una propiedad llamada TERMOMÉTRICA, es decir, una propiedad física de los cuerpos que varía de acuerdo con el incremento o decremento de la temperatura.

12. Galileo Galilei inventó el primer termómetro en 1593 . Consistía en un bulbo ubicado en el extremo de un tubo de vidrio, cuyo extremo inferior iba introducido en un depósito de agua. Marcaba si la temperatura tenia una variación de frío a caliente pasando por una temperatura “normal”.No estaba numéricamente calibrado. Se usaba para medir temperatura del medio ambiente e incluso temperatura corporal. ¿Cómo se usaba? El medico introducía primero el bulbo en su propia boca. Al calentarse el aire del bulbo, el nivel del agua bajaba y el médico colocaba una marca; luego introducía el bulbo del mismo termómetro en la boca del paciente; si el agua se movía a la misma posición que la anterior, el médico concluía: “si la temperatura de este individuo es igual a la mía, él está bien.”

13. Conforme han pasado los años, se han ido modificando este termómetro de acuerdo a las distintas necesidades de medición que se han presentado. El más conocido y usado es el termómetro de mercurio. También llamado termómetro clínico. Consiste en un tubo de vidrio con una cavidad capilar en su interior que lleva en la parte inferior un bulbo que contiene mercurio; el calor dilata el mercurio, el cual sube por la cavidad capilar Este termómetro tiene un uso muy limitado, ya que no resiste las altas temperaturas, pues la presión del liquido en su interior lo hace explotar, mientras que a bajas temperaturas el mercurio se congela.

14. Actualmente se emplean 3 escalas para medir la temperatura y cada una de ellas utiliza unos puntos de referencia distintos ESCALA CELSIUS: (Andrés Celsius,1742) A nivel del mar, el agua hierve a 100 °C y se congela a 0 °C . Estas medidas se conocen como punto de ebullición y de congelación respectivamente. ESCALA FAHRENHEIT: (Gabriel Fahrenheit,1714) El punto fijo superior en esta escala es la temperatura del agua en ebullición a la presión normal (76 cmHg), que es de 212 °F. Para el punto inferior, se toma el punto de fusión del hielo, que es de 32°F. ESCALA KELVIN: (William Kelvin) Propuso llamar cero absoluto a la menor temperatura posible. El punto de ebullición del agua es de 373K mientras que el de congelación es de 273 K.

15. Cada una de las tres escalas de temperatura discutidas nos permite medir la energía del calor de una manera ligeramente diferente. Una medida de la temperatura en cualquiera de estas escalas puede ser fácilmente convertida a otra escala usando esta simple fórmula. °C=(°F-32)/1.8 °C=K-273 °F=32+(1.8*°C) °F=((K-273)*1.8)+32 K=°C+273 K=((°F-32)/1.8))+273

16. 38°F a K K=((°F-32)/1.8)+273 K=((38-32)/1.8)+273 K=(6/1.8)+273 K=3.33+273 K=276.33 150°C a °F °F=32+(1.8*°C) °F=32+(1.8*150) °F=32+(270) °F=302 360K a °C °C=K-273 °C=360-273 °C=87 114K a °F °F=((K-273)*1.8)+32 °F=((114-273)*1.8)+32 °F=(-159*1.8)+32 °F=-286.2+32 °F=-254.2 58°F a °C °C=(°F-32)/1.8 °C=(58-32)/1.8 °C=26/1.8 °C=14.44 100 °C a K K=°C+273 K=100+273 K=373 EJERCICIOS:

17. Cambios provocados por el Calor El calor produce varios cambios en la materia uno de ellos es el cambio de fase.

18. CAMBIO DE VOLUMEN Se producen cambios en el espacio que ocupan las sustancias

19. CAMBIO DE COLOR Se producen cambios en el color de las sustancias luego de aplicar calor Sulfato de cobre

20. Dilatación Es el aumento de las dimensiones (longitud, superficie y volumen) de un cuerpo debido a los cambios de temperatura. DILATACION LINEAL SUPERFICIAL CÚBICA

21. Dilatación Lineal La dilatación lineal sucede cuando alambres, varillas, barras se calientan y aumentan su longitud. A esta propiedad de dilatación de los materiales se le denomina coeficiente de dilatación lineal. el coeficiente de dilatación lineal se representa con la letra griega alfa ( α). α = coeficiente de dilatación lineal (1/°C o °C -1 ) Lf =longitud final (m) Li =longitud inicial (m) Tf =temperatura final (°C) Ti =temperatura inicial (°C) α= Lf-Li Li ( Tf-Ti) Lf= Li[1+ α (Tf-Ti)]

22. El coeficiente de dilatación lineal depende del tipo de material, ya que cada uno tiene un comportamiento diferente ante un aumento de temperatura. MATERIAL α (1/°C) Fierro 11.8 x 10 -6 Aluminio 24 x 10 -6 Cobre 16.6 x 10 -6 Plata 18.3 x 10 -6 Plomo 27.3 x 10 -6 Níquel 12.5 x 10 -6 Acero 11.5 x 10 -6 Zinc 25.4 x 10 -6 Vidrio 7.3 x 10 -6

23. PROBLEMA: Los alambres del alumbrado eléctrico son de cobre. Supongamos que los postes están separados 25m y que los alambres están tensos en un día de invierno, cuando la temperatura es de 0°C ¿cuál será la longitud de cada alambre en un día de verano con una temperatura de 30°C? DATOS α Cobre=16.6 x10 -6 Li=25m Ti=0°C Tf=30°C Lf=? FORMULA Lf= Li[1+ α (Tf-Ti)] PROCEDIMIENTO/RESULTADO Lf= Li[1+ α (Tf-Ti)] Lf=25m[1+ 16.6 x10 -6 °C -1 (30°C-0°C)] Lf=25m[1+ 16.6 x10 -6 °C -1 (30°C)] Lf=25m[1+0.000498] Lf=25m[1.000498] Lf=25.01m

24. Dilatación Superficial En el estudio de la dilatación superficial, es decir, el aumento en el área de una variación de temperatura, se observan las mismas leyes de dilatación lineal. El coeficiente de dilatación se denomina beta ( β). Su valor también depende del material del que este hecho y equivale al doble del coeficiente de dilatación lineal, es decir: β=2 α Sf= Si[1+ β (Tf-Ti)] Sf =superficie final (m 2 ) Si =superficie inicial (m 2 ) β = coeficiente de dilatación superficial (1/°C o °C -1 ) Tf =temperatura final (°C) Ti =temperatura inicial (°C)

25. PROBLEMA: El fondo de un recipiente cilíndrico de latón es de 314 m 2 con una temperatura de 0°C. Calcular su superficie cuando está a 150°C. DATOS Si=314m 2 Ti=0°C Tf=150°C α latón=18 x10 -6 β=2 α β=36x10 -6 Sf=? FORMULA Sf= Si[1+ β (Tf-Ti)] PROCEDIMIENTO/RESULTADO Sf= Si[1+ β (Tf-Ti)] Sf=314m 2 [1 + 36x10 -6 °C -1 (150°C-0°C)] Sf= 314m 2 [1 + 36x10 -6 °C -1 (150°C)] Sf=314m 2 [ 1 +0.0054] Sf=314m 2 [1.0054] Sf=315.69m 2

26. Dilatación Cúbica o Volumétrica Es el incremento de longitud, ancho y grueso de un cuerpo sólido debido al incremento de la temperatura. Esta variación de volumen sigue las mismas reglas que las dilataciones anteriores. El coeficiente de dilatación volumétrica se representa por la letra griega gamma [ɣ] y es el triple de la dilatación lineal. ɣ= 3 α Vf= Vi [1+ ɣ (Tf-Ti)] Vf =superficie final (m 3 ) Vi =superficie inicial (m 3 ) ɣ = coeficiente de dilatación volumétrica (1/°C o °C -1 ) Tf =temperatura final (°C) Ti =temperatura inicial (°C)

27. PROBLEMA: Un cubo de aluminio, cuya arista mide 2m esta a 15°C. Calcular su volumen a 65°C. DATOS Vi=8m 3 Ti=15°C Tf=65°C α aluminio=24 x10 -6 ɣ =3 α ɣ =72x10 -6 Vf=? FORMULA Vf= Vi [1+ ɣ (Tf-Ti)] PROCEDIMIENTO/RESULTADO Vf= Vi [1+ ɣ (Tf-Ti)] Vf= 8m 3 [1+ 72x10 -6 °C -1 (65°C-15°C) Vf= 8m 3 [1+ 72x10 -6 °C -1 (50°C) Vf= 8m 3 [1+0.0036] Vf= 8m 3 [1.0036] Vf=8.0288m 3

28. Cantidad de Calor EL CALOR es una forma de energía llamada energía térmica o energía calorífica Por lo tanto, las unidades para medir el calor son las mismas del trabajo y de la energía. En el Sistema internacional, el calor se mide en Joules 1J = 1Nm En el sistema CGS se mide en ergios 1erg = Dcm Su equivalencia es la siguiente: 1J = 10 7 erg

30. El CALOR ESPECIFICO es la cantidad de calor que necesita 1gr de una sustancia para elevar su temperatura 1°C. Ce= Calor específico (cal/ g°C) Q= Cantidad de calor (cal o Kcal.) m= masa de la sustancia (gr.) Tf= temperatura final (°C) Ti= temperatura inicial (°C) Q= Ce • m (Tf-Ti) Q m (Tf-Ti) Ce=

31. TABLA DE CALORES ESPECIFICOS SUSTANCIA Ce en Cal/g (°C) Agua 1.000 Hielo 0.500 Vapor 0.480 Hierro 0.115 Cobre 0.093 Aluminio 0.220 Plata 0.056 Vidrio 0.200 Mercurio 0.033 Plomo 0.031 Latón 0.094 Oro 0.030

32. PROBLEMA: CALOR ESPECIFICO Calcula es Ce de una masa de 30g que absorbe 7.5 kcal. Al aumentar su temperatura de 45°C a 140 °F. DATOS m= 30g Q= 7.5Kcal = 7500 cal Ti= 45°C Tf= 140°F = 60°C Ce=? FORMULA Q m (Tf-Ti) Ce= PROCEDIMIENTO/RESULTADO Ce= 7500 cal 30g (60°C - 45°C) Ce= 7500 cal 30g (15°C) Ce= 7500 cal 450g °C Ce= 16.66 cal/g°C

33. PROBLEMA: CANTIDAD DE CALOR Cual es la cantidad de calor necesaria para que 2kg de plomo eleven su temperatura de 20°C a 100°C DATOS m=2K =2000g Ti= 20°C Tf= 100°C Ce= 0.031 cal/g °C Q=? FORMULA Q= Ce • m (Tf-Ti) PROCEDIMIENTO/RESULTADO Q= Ce • m (Tf-Ti) Q=(0.031cal) (2000g) [100°C-20°C] g °C Q=(0.031cal) (2000g) [80°C] g °C Q=(62cal) (80) Q=4,960 cal

35. La conducción de calor es un mecanismo de transferencia de energía térmica entre dos sistemas basado en el contacto directo de sus partículas sin flujo neto de materia y que tiende a igualar la temperatura dentro de un cuerpo y entre diferentes cuerpos en contacto por medio de ondas La conducción del calor es muy reducida en el espacio ultra alto vacío y es nula en el espacio vacío ideal, espacio sin energía. El principal parámetro dependiente del material que regula la conducción de calor en los materiales es la conductividad térmica, una propiedad física que mide la capacidad de conducción de calor o capacidad de una sustancia de transferir el movimiento cinético de sus moléculas a sus propias moléculas adyacentes o a otras substancias con las que está en contacto. La inversa de la conductividad térmica es la resistividad térmica, que es la capacidad de los materiales para oponerse al paso del calor.

36. La convección es una de las tres formas de transferencia de calor y se caracteriza porque se produce por intermedio de un fluido (aire, agua) que transporta el calor entre zonas con diferentes temperaturas. La convección se produce únicamente por medio de materiales fluidos. Éstos, al calentarse, aumentan de volumen y, por lo tanto, disminuyen su densidad y ascienden desplazando el fluido que se encuentra en la parte superior y que está a menor temperatura. Lo que se llama convección en sí, es el transporte de calor por medio de las corrientes ascendente y descendente del fluido.

37. El fenómeno de la radiación consiste en la propagación de energía en forma de ondas electromagnéticas o partículas subatómicas a través del vacío o de un medio material. La radiación propagada en forma de ondas electromagnéticas (Rayos X, Rayos UV, etc.) se llama radiación electromagnética, mientras que la radiación corpuscular es la radiación transmitida en forma de partículas subatómicas (partículas α, neutrones, etc.) que se mueven a gran velocidad en un medio o el vacío, con apreciable transporte de energía. Si la radiación transporta energía suficiente como para provocar ionización en el medio que atraviesa, se dice que es una radiación ionizante. En caso contrario se habla de radiación no ionizante. El carácter ionizante o no ionizante de la radiación es independiente de su naturaleza corpuscular u ondulatoria. Son radiaciones ionizantes los Rayos X, Rayos γ, y Partículas α, entre otros. Por otro lado, radiaciones como los Rayos UV y las ondas de radio, TV o de telefonía móvil, son algunos ejemplos de radiaciones no ionizantes.

38. Leyes de los gases Ley de Avogadro Esta ley, descubierta por Avogadro a principios del siglo XIX, establece la relación entre la cantidad de gas y su volumen cuando se mantienen constantes la temperatura y la presión. Recuerda que la cantidad de gas la medimos en moles.

39. ¿ Por qué ocurre esto? Vamos a suponer que aumentamos la cantidad de gas. Esto quiere decir que al haber mayor número de moléculas aumentará la frecuencia de los choques con las paredes del recipiente lo que implica (por un instante) que la presión dentro del recipiente es mayor que la exterior y esto provoca que el émbolo se desplace hacia arriba inmediatamente. Al haber ahora mayor distancia entre las paredes (es decir, mayor volumen del recipiente) el número de choques de las moléculas contra las paredes disminuye y la presión vuelve a su valor original. Podemos expresar la ley de Avogadro así: (el cociente entre el volumen y la cantidad de gas es constante) Supongamos que tenemos una cierta cantidad de gas n 1 que ocupa un volumen V 1 al comienzo del experimento. Si variamos la cantidad de gas hasta un nuevo valor n 2 , entonces el volumen cambiará a V 2 , y se cumplirá: que es otra manera de expresar la ley de Avogadro.

40. Ley de Boyle - Mariotte Relación entre la presión y el volumen de un gas cuando la temperatura es constante Fue descubierta por Robert Boyle en 1662. Edme Mariotte también llegó a la misma conclusión que Boyle, pero no publicó sus trabajos hasta 1676. Esta es la razón por la que en muchos libros encontramos esta ley con el nombre de Ley de Boyle y Mariotte. La ley de Boyle establece que la presión de un gas en un recipiente cerrado es inversamente proporcional al volumen del recipiente, cuando la temperatura es constante. El volumen es inversamente proporcional a la presión: • Si la presión aumenta, el volumen disminuye. •Si la presión disminuye, el volumen aumenta.

41. Por qué ocurre esto? Al aumentar el volumen, las partículas (átomos o moléculas) del gas tardan más en llegar a las paredes del recipiente y por lo tanto chocan menos veces por unidad de tiempo contra ellas. Esto significa que la presión será menor ya que ésta representa la frecuencia de choques del gas contra las paredes. Cuando disminuye el volumen la distancia que tienen que recorrer las partículas es menor y por tanto se producen más choques en cada unidad de tiempo: aumenta la presión. Lo que Boyle descubrió es que si la cantidad de gas y la temperatura permanecen constantes, el producto de la presión por el volumen siempre tiene el mismo valor. La expresión matemática de esta ley es: (el producto de la presión por el volumen es constante) Supongamos que tenemos un cierto volumen de gas V 1 que se encuentra a una presión P 1 al comienzo del experimento. Si variamos el volumen de gas hasta un nuevo valor V 2 , entonces la presión cambiará a P 2 , y se cumplirá: que es otra manera de expresar la ley de Boyle.

42. Ley de Charles Relación entre la temperatura y el volumen de un gas cuando la presión es constante En 1787, Jack Charles estudió por primera vez la relación entre el volumen y la temperatura de una muestra de gas a presión constante y observó que cuando se aumentaba la temperatura el volumen del gas también aumentaba y que al enfriar el volumen disminuía. El volumen es directamente proporcional a la temperatura del gas: • Si la temperatura aumenta, el volumen del gas aumenta. •Si la temperatura del gas disminuye, el volumen disminuye.

43. ¿ Por qué ocurre esto? Cuando aumentamos la temperatura del gas las moléculas se mueven con más rapidez y tardan menos tiempo en alcanzar las paredes del recipiente. Esto quiere decir que el número de choques por unidad de tiempo será mayor. Es decir se producirá un aumento (por un instante) de la presión en el interior del recipiente y aumentará el volumen (el émbolo se desplazará hacia arriba hasta que la presión se iguale con la exterior). Lo que Charles descubrió es que si la cantidad de gas y la presión permanecen constantes, el cociente entre el volumen y la temperatura siempre tiene el mismo valor. Matemáticamente podemos expresarlo así: (el cociente entre el volumen y la temperatura es constante) Supongamos que tenemos un cierto volumen de gas V 1 que se encuentra a una temperatura T 1 al comienzo del experimento. Si variamos el volumen de gas hasta un nuevo valor V 2 , entonces la temperatura cambiará a T 2 , y se cumplirá: que es otra manera de expresar la ley de Charles.

44. Relación entre la presión y la temperatura de un gas cuando el volumen es constante Ley Gay Lussac Fue enunciada por Joseph Louis Gay- Lussac a principios de 1800. Establece la relación entre la temperatura y la presión de un gas cuando el volumen es constante. La presión del gas es directamente proporcional a su temperatura: • Si aumentamos la temperatura, aumentará la presión. •Si disminuimos la temperatura, disminuirá la presión.

45. ¿ Por qué ocurre esto? Al aumentar la temperatura las moléculas del gas se mueven más rápidamente y por tanto aumenta el número de choques contra las paredes, es decir aumenta la presión ya que el recipiente es de paredes fijas y su volumen no puede cambiar. Gay-Lussac descubrió que, en cualquier momento de este proceso, el cociente entre la presión y la temperatura siempre tenía el mismo valor: (el cociente entre la presión y la temperatura es constante) Supongamos que tenemos un gas que se encuentra a una presión P 1 y a una temperatura T 1 al comienzo del experimento. Si variamos la temperatura hasta un nuevo valor T 2 , entonces la presión cambiará a P 2 , y se cumplirá: que es otra manera de expresar la ley de Gay-Lussac. Esta ley, al igual que la de Charles, está expresada en función de la temperatura absoluta. Al igual que en la ley de Charles, las temperaturas han de expresarse en Kelvin.

46. Ley General de los gases “ El volumen de una masa gaseosa es inversamente proporcional a la presión a la que es sometida y directamente proporcional a la temperatura absoluta, y esta condición es una constante” P 1 V 1 = P 2 V 2 T 1 T 2 P 1 V 1 T 1 son las condiciones iniciales P 2 V 2 T 2 son las condiciones finales