¿Qué es la temperatura?
El calor produce movimiento en las moléculas; la temperatura es una magnitud que expresa la velocidad de las moléculas. La temperatura (T) de un cuerpo aumenta cuando las moléculas se mueven con mayor velocidad y disminuye cuando se muevan con lentitud. Para medir la temperatura (T) se usan termómetros, que miden la velocidad del movimiento de las moléculas de un cuerpo.
Termómetros
El termómetro más común es el de mercurio; consiste en un tubo con bulbo de vidrio que contiene este líquido en su interior. En él se utiliza la propiedad del mercurio de dilatarse o contraer su volumen con la temperatura; este modelo sirve para medir temperaturas comprendidas entre -38°C y 358°C. Para temperaturas inferiores se emplean termómetros de alcohol que llegan a medir hasta -110°C.
Escalas Termométricas
Para graduar los termómetros en las distintas escalas, se utiliza como patrón los puntos de fusión del hielo 0ºC y de ebullición del agua líquida 100ºC. Se introduce el termómetro a calibrar en agua en estado de ebullición y cuando la columna de mercurio deja de ascender, o sea que se estabiliza, se realiza una marca escrita de 100ºC en el vidrio. Luego se lo sumerge en un recipiente que contiene agua congelada (estado de fusión) y se realiza otra marca indicando 0ºC.
Escala Celsius (o centígrada):
Se asignan los valores de 0°C y 100°C a los puntos de congelación y de ebullición del agua respectivamente. El intervalo entre una y otra temperatura se divide en 100 partes iguales llamadas cada una grado centígrado.
Escala Fahrenheit:
Se asignan los valores de 32°F y 212°F a los puntos de congelación y de ebullición del agua respectivamente. El intervalo entre una y otra temperatura se divide en 180 partes iguales llamadas cada una grado fahrenheit.
Gráficas de temperaturas:
Podemos representar gráficamente la temperatura en función del tiempo que transcurre durante el día, en el eje “X” usado en Matemática se indica el tiempo transcurrido y en el eje de la “Y” la temperatura medida:
¿Qué es el calor?
Como decíamos al principio, ese movimiento o agitación de las moléculas en el cuerpo produce un calor o una energía térmica, por esto es que el calor es una forma de energía. Por el contrario, si las moléculas se mueven cada vez menos es porque al cuerpo lo estamos enfriando. Dentro de la Física, el frío no existe porque es sólo la sensación térmica en nuestro cuerpo, se trata de una expresión utilizada al indicar la falta de calor. Si invitamos a un hombre que vive en Canadá (-50ºC) a Tucumán un día en que la temperatura ambiente es de 4ºC, nosotros estaríamos bien abrigados con bufandas, él nos diría de remera ¡Esta haciendo calor en Tucumán!, entonces ¿A dónde hace frío? como decimos comúnmente. Se podría decir; en Física el frío existe recién a los 0ºK que equivalen a -273ºC, porque es la temperatura mas baja denominada cero absoluto aun no alcanzada tecnológicamente por ningún medio.
Calorimetría
La cantidad de calor (Q) que un cuerpo cualquiera recibe o cede se calculará multiplicando el calor específico (Ce) de la sustancia del cual este constituido el material por la cantidad de masa (m) contenida y por la variación de temperatura (Δt) aplicada.
Q = Ce . m . Δt
En donde la variación de temperatura (Δt) del cuerpo es la diferencia entre la temperatura final (Tf) y la temperatura inicial (Ti) respetando ese orden, porque si lo alternamos el resultado final será erróneo. Ambas temperaturas serán indicadas en grados centígrados (ºC) y la masa (m) siempre en gramos (gr).
Δt = Tf - Ti
La unidad de medida de la cantidad de calor (Q) que tiene un cuerpo cualquiera se mide en calorías (cal), en algunos casos se emplea la kilocalorías (Kcal) y su equivalencia es 1Kcal = 1000 cal.
Calor específico
El calor específico (Ce) para cada una de las distintas sustancias, es la cantidad de calorías necesarias para aumentar en un grado centígrado la temperatura de un gramo de la sustancia. El calor específico se mide en cal/(gr.ºC) que resulta de despejarlo de la fórmula fundamental de la calorimetría:
Ce = Q / m . Δt
No será lo mismo un cuerpo construido en aluminio, hierro o cobre en el comportamiento calorífico, algunas sustancias harán que adquieran mas calorías en menos tiempo que otras.
Propagación del calor
El calor se transmite desde un cuerpo con mayor temperatura a otro con menor temperatura, si ambos están a igual temperatura no pasará calor de uno a otro. Existen tres maneras diferentes de propagarse por: conducción, convección o radiación.
En la conducción el calor se transmite en los sólidos, a través del contacto de agitaciones de las moléculas rápidas calientes hacia las moléculas lentas frías sin desplazarse, sin transferencia de masa.
En la convección el calor se transmite a través de un flujo molecular debido al cambio en la densidad de las moléculas en los fluidos (líquidos y gases) que están a diferentes temperaturas.
Por último, en la transmisión por radiación el calor se transmite sin ningún medio o al vacío, mediante ondas electromagnéticas llamadas radiaciones térmicas, sin tener contacto con el cuerpo irradiante.
1) ¿Qué cantidad de calor es necesario suministrar a un hierro de 36gr para que su temperatura difiera en 96°C? Graficar.
El calor específico (Ce) del hierro lo obtenemos de la tabla "Conversiones" en nuestra página principal
Q = Ce * m * Δt
Q = 0,113(cal/gr.°C) *36 gr * 96°C simplificamos los gramos y los grados centígrados
Q = 390, 528 calorías
2) Un cuerpo sólido es de 200gr de plata, si se calientan desde 20°C hasta 180°C ¿Qué cantidad de calor ha recibido el cuerpo? Graficar.
Q = Ce * m * Δt
Q = 0,06(cal/gr.ºC) *200 gr * (180ºC – 20 ºC) el calor específico de la plata (Ce) lo obtenemos de la tabla "Conversiones"
Q = 0,06(cal/gr.ºC) *200 gr * 160ºC simplificamos los gramos y los grados centígrados
Q = 1920 calorías
3) ¿Cuánta masa de zinc a 8000 calorías han producido una diferencia de temperatura de 40°C?
4) Un bloque de hierro de 563gr recibe 6541 calorías, su temperatura inicial fue de 8°C ¿Qué temperatura final alcanzó y cómo sería el gráfico?
5) 50 gr de platino se enfrían a 50°C liberando 500 calorías. ¿A qué temperatura final esta el platino?
6) ¿Qué masa posee una esfera de aluminio si tiene 6,2 Kcal, con una diferencia de temperatura de 59ºC?
7) ¿Qué cantidad de calor es necesario suministrar a 800gr de plomo para que su temperatura se eleve desde 19ºC a 300ºC?
8) Calcular la cantidad de calor que se le deben suministrar a 1,5kg de aluminio para incrementar su temperatura desde 247ºK hasta 185ºF.
9) Al entregar 150 calorías a un recipiente de vidrio, se produce una diferencia de temperatura de 50ºC ¿Cuál es la masa del recipiente?
10) ¿Cuál será el calor específico y a qué sustancia le corresponden 150gr de masa, si generó 412,5 calorías con una diferencia de temperatura de 5ºC?
