TERMOLOGÍA .

CALOR  Y TEMPERATURA.
CONCEPTOS  MODERNOS DE CALOR  Y TEMPERATURA.
Según las   teorias  que iniciaron  el estudio de la calorimetria , el calor era  una especie  de fluido muy sutil que se producía  en las combustiones  y pasaba  de unos cuerpos  a otros , pudiendo almacenarse  en ellos  en mayor o menor cantidad, según  su tamaño  y naturaleza.
El fisico Benjamin Thompson { 1753--1814 }  postuló  la teoria  de que  el calor  era una forma  de energia   y por consiguiente , el que   aparecía  en el agua de refrigeración  procedia del trabajo  mecánico realizado por las máquinas.
El fisico  inglés  Prescott Joule   { 1818--1889 }  logró  demostrarlo  experimentalmente , llegando  a determinar  la cantidad de calor  que se obtiene  por cada unidad de trabajo  que se consume  que es  de
O, 239 calorias  por cada julio de trabajo  que se transforma integramente en calor
Por  cantidad de calor  que se encuentra  en un cuerpo  se entiende  el contenido energético  que posee este cuerpo  en forma de energía  cinética  debida al movimiento  desordenado de sus moléculas .Por el contrario, la temperatura  es una medida del valor  medio de la energía  cinética de las moléculas aisladas.
La mayor o menor  cantidad  de  calor  almacenada  por un cuerpo  depende, primero , de su masa, ya que cuantas más particulas  haya en movimiento, mayor será la energía  de todas ellas ; y segundo , de la mayor  o menor  rapidez con que las partículas  se muevan , ya que , por ejemplo , una partícula  que vibre con una determinada  frecuencia  y amplitud  tendrá menos energía  que otra  análoga  que lo haga con  más frecuencia y más amplitud.
La temperatuta  es  una  magnitud  que determina el sentido  en  que tienen  lugar los intercambios  calorificos  entre los cuerpos  ; así cuando  dos cuerpos  se ponen  en contacto , la energía  calorífica  no pasa  del que  posee  más calor  al que  posee menos , sino del que  tenga  más temperatura  al que  tenga menos .
El calor es , por lo tanto ,una magnitud  cuantitativa , mientras que la  temperatura  es una magnitud de intensidad.
Al  calentar  un cuerpo, éste  experimenta  cierta transformaciones  de muy diversos tipos . Algunas  de ellas son fisicas   {   dilataciones,  cambios de estado  }y otras son quimicas { combustiones , oxidaciones } .
Al suministrar  calor a un cuerpo , éste experimenta  aumento en su volumen  y se dice  que el cuerpo  se ha dilatado. La  dilatación de ciertos  materiales es de suma  importancia  en la construcción  de edificios , por lo  que arquitectos  e ingenieros  tienen muy en cuenta  la dilatación de las estructuras  metálicas y  de  hormigón .Por eso dejan espacios libres, previamente  calculados, para que las vigas puedan dilatarse.
DILATACIÓN  DE SÓLIDOS.
Al  calentar  un cuerpo  sólido se dilata  según  sus tres dimensiones { dilatación  lineal, superficial y cúbica}  aunque  se estudian  por separado , según sea la magnitud predominante  en cada caso.
La  dilatación  es lineal  cuando la magnitud  modificada es predominante  una longitud..
El  coeficiente  de dilatación  lineal de una sustancia  se define  como el aumento  experimentado  por la unidad de longitud al aumentar  la temperatura
A la expresión  {  I + k .t } se le llama  binomio de dilatación .Experimentan  dilatación  lineal railes de las vias  férreas, puentes metálicos , hilos  telegráficos , etc.
La  dilatación  es superficial  cuando  se trata de piezas  de espesor  pequeño  y gran superficies .
DILATACIÓN DE  LÍQUIDOS .
Los liquidos  se dilatan  mucho más que los sólidos , su dilatación  se . entiende  siempre que es cúbica , pues los  líquidos  ocupan determinado volumen.
Anomalia del AGUA .
El  agua  presenta  anomalía  o irregularidad  en su dilatación .
Hasta O°C, se dilata, aumenta el volumen . De  O a 4°C , se contrae ,disminuye el volumen . De 4 °C en adelante, se dilata, aumenta el volumen.
DILATACIÓN DE LOS GASES .
La dilatación  de los gases  al aumentar  la temperatura  es  aún  mucho más acusada  que la de los líquidos  se dilatación es cúbica
El  coeficiente  de dilatación  de los gases  es constante  para todos ellos  e independiente  de la temperatura
CAMBIOS  DE ESTADO.
Hay transformaciones  físicas  en las que al dar  calor a una sustancia  ésta no aumenta  de temperatura . Estas  transformaciones  son los cambios de estado.
Se describirá  ahora el proceso  que tiene  lugar  cuando se calienta una sustancia  sólida  hasta pasar al estado  de vapor . Sea un trozo  de hielo, a la temperatura  de  - 20 °C.
Al ser calentado este trozo  de hielo , se incrementa  su temperatura  hasta llegar   a  0°C que es la temperatura de fusión.
Alcanzada  la temperatura  de O °C , el hielo  empieza  a fundirse   y , como se puede probar  experimentalmente , hasta que no termina la fusión  la temperatura no varia.
Una vez que ha  fundido  el hielo , se va  incrementando  la temperatura  del agua  resultante , hasta  que  empieza  la ebullición  tumultuosa  a los 100  °C , si la presión es de  una atmósfera.
Mientras haya agua en el vaso , la temperatura  permanece constante.
Si el vapor  resultante  es calentado , la temperatura  sigue  aumentando  indefinidamente
Si ahora   se enfría  el vapor , se verifica  todo el proceso  anterior  , pero en orden  inverso , dando lugar  a los cambios  de estado  que van acompañados  de  desprendimiento  de calor ; licuación  y solidificación .
Los cambios  de estado  se pueden  clasificar  en progresivos  o directos  y en  regresivos  o inversos . Los  progresivos  van . acompañados  de absorción  de calor  y los regresivos  de desprendimiento de calor
CAMBIOS  DE ESTADO PROGRESIVO.
Pertenecen  a este tipo  .de cambio  de estado   la fusión, la vaporización  y la  sublinación. Cada  estado  fisico  tiene  más energía  que el anterior , si el cambio  es progresivo.
FUSIÓN .
Fusión  es el cambio  de  sólido  a  líquido , se  presentan dos tipos  de fusión ; fusión  vítrea  y fusión  franca La  fusión  es vítrea , si el cuerpo  pasa .del estado  sólido  a líquido  de forma  continua  y  reblandeciéndose  previamente . Los cuerpos  amorfos  como como las ceras  y el vidrio , que no  poseen  estructura  cristalina , funden asi.
La fusión  es franca , si el cuerpo  pasa del estado  sólido  al líquido  sin reblandecerse  previamente . Las
sustancias  químicamente  puras  y de  estructura  cristalina  presentan  esta forma  de fusión . Solamente  en este  caso son aplicables las leyes de la fusón.
---Mientras dura la fusión , la temperatura  permanece  constante.
----Cada sustancia  funde  a una temperatura  determinada .
---La  presión  modifica  la temperatura  de fusión,  si el cuerpo aumenta  de volumen  al fundirse , un aumento  de presión  provoca  un aumento en la temperatura  de fusión. Lo contrario  sucederá  si disminuye  el volumen , como en el caso del agua.
El calor necesario  para que funda  un gramo de cierta sustancia  cuando ya está a  la  temperatura  de fusión   se denomina  CALOR DE FUSIÓN , el calor de fusión del hielo es de 80 cal/g.
VAPORIZACIÓN.
Vaporización  es el paso de líquido     a gas { vapor } , puede realizarse este cambio   de estado para todos los  líquidos  de dos  formas  distintas; por evaporización  y por ebullición .
La evaporización  se efectúa  en la superficie , lentamente  y a cualquier temperatura . Así  un charco  de agua  se evapora  a la temperatura  ambiente  sin que tenga  que hervir. 
Se  favorece  la evaporación.
-----Aumentando  la superficie  libre del líquido . Por ejemplo  un vaso de  agua  tarda  más en evaporarse que si se derrama en el  suelo.
---- Aumentando  la temperatura . Así , en verano  se seca  antes la ropa que en invierno.
---Si el ambiente está seco .
---Si se remueve  el aire y hace  mucho viento.
La ebullición es el paso  de líquido  a vapor en toda  la masa del líquido de forma  tumultuosa  y a  temperatura  constante . La  ebullición  se realiza  de acuerdo  con estas leyes .
----Mientras dura la ebullición , la temperatura  permanece constante.
----Cada  líquido  hierve  a una temperatura  determinada , llamada Punto de Ebullición.
----El punto  de ebullición  aumenta  o disminuye al aumentar o disminuir  la presión  ejercida sobre la superficie del líquido.
SUBLIMACIÓN.
Sublimación  es el paso de sólido  a vapor  sin pasar   por el estado  líquido . Este cambio  tiene  lugar  para todos los cuerpos  por debajo  de cierta  presión  característica  de cada sustancia  . El yodo  y el alcanfor  se subliman  ya   a la  presión atmosférica normal.
Cambios de estado regresivos.
Se  verifica  por pérdida de energía  calorífica , es decir, por enfriamiento . Son cambios de estado regresivos  o inversos la licuación , la solidificación  y la sublimación  regresiva  o condensación . El término
condensación  se usa también para la licuación  o paso del estado gaseoso a líquido .
Las leyes  de estos cambios  de estado son semejantes  a las de los cambios de estado progresivo o directos .
TRANSMISIÓN DE CALOR .
El calor  se transmite  desde  los cuerpos  de mayor  temperatura  a los que se encuentran a temperatura  inferior.
Las formas  de propagación  del calor  son  principalmente  tres : por  conducción , por convección  y por  radiación.
CONDUCCIÓN
Esta   forma  de  transferencia  del calor  desde la parte  caliente de un cuerpo  a otra fría se llama conducción  y consiste  en la  transferencia  de calor  realizada por intercambio  de  energía  entre las  partículas  próximas, sin desplazamiento de las mismas.
Efectivamente , esta forma de  transferencia  del calor tiene lugar mediante el suministro de energía de una partícula  a otra por contacto, lo que justifica  que sea un proceso lento, por lo general.De todos modos ,la  rapidez  de la  conducción  depende también del material utilizado y, para decirlo en términos más precisos, de su conductividad térmica , que es la capacidad de una sustancia para conducir el calor.
La conductividad  térmica  varía mucho de unas sustancias  a otras. Los metales ,  por ejemplo , suelen ser muy buenos  conductores  del calor, mientras otras sustancias { como el mármol, el hormigon , los ladrillos, la madera, el amianto o la lana } no son prácticamente conductoras y se llaman aislantes térmicos.
CONVECCIÓN .
Las  moléculas del aire transportan  el calor  en su movimiento.
Convección  es la  transferencia  del calor  mediante  el movimiento  de las partículas  del propio fluido.
La razón  de este movimiento  es simple : el  fluido  caliente se dilata , por lo  que pierde  densidad  y  asciende , siendo remplazado  por fluido  frío , más denso que desciende.
Para comprender la gran importancia  de este  modo de transferencia  del calor , puede recordarse que , en
que , en buena parte , los vientos  son el resultado de gigantescas  corrientes de convección en la atmósfera terrestre .
RADIACIÓN.
Las radiaciones son invisibles ,la  tierra recibe la energia  calorifica  procedente del sol   por radiación ; se trata  de un caso de transferencia  del calor  prácticamente  a través  del vacio y a una velocidad similar  a la de la l uz .
La transmisión  por radiación  consiste  en la transferencia  de calor  sin intervención  de partículas  materiales  que transporten  el calor , ya que tiene  lugar  mediante  ondas electromagnéticas  y , por lo tanto, puede realizarse  incluso en el vacio.
Estas ondas  son de origen  eléctrico  y magnético  y son emitidas por los cuerpos calientes . Transportan energía y ésta es tanto mayor  cuanto mayor  es la  temperatura de aquellos.
MEDIDA  DE  LA TEMPERATURA.
Para  que la medida  de la  temperatura  sea verdaderamente  objetiva , hay que basarse  en  ciertas  propiedades  físicas de la materia  que presentan  siempre un mismo valor a una temperatura  dada  y que experimentan  las mismas variaciones  para los mismos  cambios de temperatura. Se  trata  de propiedades  que varían proporcionalmente  con la temperatura .
Estos  puntos fijos  suelen  ser la temperatura  de congelación  del agua  y la  temperatura  de ebullición del agua, medidas ambas cuando la presión  es de una atmósfera.
Con estos dos puntos  fijos  se han  establecido  , entre otras  las siguientes  escalas de  temperatura.
ESCALA CELSIUS.
Se asignan  los valores  de  0°C {  cero grados Celsius  } y de 100 °C{ cien grados celsius  }  a los puntos  de congelación  y  de  ebullición  del agua respectivamente . El  intervalo  entre una y otra temperatura  en  180 partes iguales, llamadas grados Celsius { ° C }.
ESCALA  FAHRENHEIT.
En esta  escala  se  asigna  al punto de congelación  del agua  el valor  de 32 °F { grados Farenheit  } y al de ebullición  el de 212 ° F , dividiendo  el intervalo  comprendido  entre ambas  temperaturas  en 180 partes iguales, llamadas grados Fahrenheit  { °F}.
ESCALA  ABSOLUTA KELVIN.
Al punto de congelación  del agua corresponde  la temperatura  de  273 °K { grados Kelvin }  y al punto  de ebullición  se le asignan  373 ° K .El  intervalo  entre ambas  temperaturas  se  divide en 100 partes iguales ,llamando un Kelvin   a cada una de las divisiones . El cero  absoluto  { 0 °K } , es decir , la temperatura  más baja  posible , corresponde a ---273 ° C.
Como  el intervalo entre los dos puntos  fijos  se divide  en 100 partes  iguales  tanto  en la escala  Celsius  como  en  la escala absoluta  Kelvin , se comprende  que el grado  Celsius  es igual al  Kelvin.
Fórmulas de transformación.
c  =  f - 32 = t-273
---    -----     ------
100     180      100
Donde :
C = temperatura  en la escala Celsius .
F= temperatura en la escala Fahrenheit.
T = temperatura en la escala absoluta Kelvin.
Termómetros .
Son los aparatos  destinados  a medir la temperatura de los cuerpos,  midiendo una magnitud  física , los  termómetros  miden  directa o indirectamente  una temperatura.
Esta diversidad  permite  que en la  práctica  se pueda medir cualquier temperatura  en un amplio margen.
Termómetro de líquido.
Uno de los más  utilizados  es el de mercurio , metal que es líquido entre   -38,8 °C{ temperatura de congelación }  y 357  °C  { temperatura de ebullición  }.
Termómetro de gas.
Que se basa  en la relación  que existe  entre la temperatura ,  el  volumen  y la presión de una masa gaseosa.La presión  del gas varía con la temperatura  de manera que el aumento  de presión  es proporcional al aumento  de  temperatura. el  termómetro  de gas ha permitido  establecer cierto  número de puntos fijos  en la escala de temperatura . Se utiliza  principalmente  para . medidas  de temperatura  bajas. El  helio, que tiene el punto de ebullición  más bajo de todos los elementos químicos  hierve a -269°C.
Termómetros  de resistencia .
En este  tipo  de termómentros  se utiliza  la propiedad  que tienen  los metales  de aumentar  su resistencia  eléctrica  con la temperatura .
Termómetro  de resistencia.
Los metales más  corrientemente  empleados  son el platino y el niquel. Una espiral  de platino  cuya resistencia  a -200°C es igual  a 2 ohmios, a la temperatura  de  0°C  tiene una resistencia  de 11ohms y  a la temperatura  de 400°C una resistencia  de 25 ohms. Para la determinación  de las temperaturas  se utilizan fórmulas  empíricas ; es decir , fórmulas obtenidas  a partir  de medidas de la resistencia  de la espiral a temperaturas conocidas.
Termómetros  bimetálicos.
Utilizan  la distinta  dilatación  de dos  láminas de diferentes  metales { por ejemplo. acero, y latón } en  íntimo  contacto y arrolladas en espiral. Al cambiar  la temperatura , se deforma  el arrollamiento y el extremo libre se desplaza, moviendo una aguja indicadora, que marca la temperatura.
PAR  TERMOELÉCTRICO.
En la superficie  de contacto de dos metales  distintos aparece siempre una diferencia potencial. Esta es función de la temperatura . Si se colocan dos de estos  puntos  de contacto en un circuito conductor a distintas temperaturas , aparece un fuerza electromotiz  termoeléctrica  en el circuito. Un circuito  así  constituido  con distintos  metales se llama par termoeléctrico . Con los pares temoeléctricos ,  se miden siempre  las  de temperatura  entre un punto de contacto de temperatura  conocida y otro  de temperatura  conocida  y otro de temperatura  desconocida que es la que se obtiene.
PAR TERMOELÉCTRICO.
Un par termoeléctrico  corriente  es la combinación  cobre-constantán , cuya fuerza  electromotiz, { f.e.m.}
termoeléctrico es de 40 microvoltios / °C.
Pirómetro  de radiación parcial.
En este aparato  se utiliza  la radiación  emitida  por una cuerpo  incandescente  comparándola  con la radiación  emitida  por un hilo incandescente. Una lente reproduce  el objeto cuya temperatura  se debe medir, y se produce  de tal manera que la imagen  se situé en el mismo plano que el hilo a través de un ocular y un filtro rojo . Con una resistencia se regula que  la intensidad  de corriente que atraviesa  el hilo tenga el mismo  color que el objeto  y no pueda distinguirse . Entonces se lee la temperatura en un amperio graduado en °C.
Pirometro de  radiación total.
Este sistema  lleva una pequeña lente convergente  que reúne las radiaciones  procedentes  de la superficie   cuya temperatura  se debe medir   sobre un disco metálico  ennegrecido con negro de humo y soldado al hilo de un par termoeléctrico,la lectura de la temperatura  se hace  en un  milivoltimetro  graduado directamente  en °C . Este  tipo de pirómetro  se utiliza  para registrar  las variaciones  de temperatura  de una superficie.
Termómetro de máxima y minima.
Es  de mucha aplicación  en la medida de temperaturas  ambientales .Está constituido  por  un tubo  de vidrio  doblado  en U, con mercurio y alcohol  en su interior . Al desplazarse  el mercurio  arrastra consigo  unos indices  metálicos  pequeños , que indican el extremo  inferior o superior  que ha alcanzado  la temperatura . Una vez observada  la temperatura , se deslizan los índices  metálicos  hasta tomar  contacto  con el mercurio , con la ayuda de un imán .
La introducción  del alcohol  se debe a que  éste se dilata  y contrae  grandemente  con los cambios  de temperatura ; así  , al aumentar  la temperatura , el alcohol  empuja el mercurio que asciende  por el lado derecho  e indica la temperatura   máxima , mientras que, al disminuir ésta, se contrae el alcohol y el mercurio  pasa a ocupar  el vacio dejado por aquél , retrocediendo  e indicando la temperatura  mínima en el lado izquierdo de las dos ramas del termómetro.
CALOR  ABSORBIDO O CEDIDO POR UN CUERPO.
El efecto más inmediato  de la transferencia  de calor de un cuerpo  a otro es el cambio  de temperatura, se enfría  el que lo cede y se calienta el que recibe  el calor.
Se comprueba fácilmente   que la cantidad de calor que un cuerpo cede o recibe depende de tres factores.
 A }La variación de temperatura que se desa conseguir.
Es evidente en efecto , que hay que dar  más calor a un cuerpo para que eleve su temperatura 80 °C  que para que sólo aumente 10 °C por ejemplo.
B } La masa del cuerpo que se caliente o enfrie .
Se comprende  que hay que suministrar  más calor   para calentar  1000 g de agua hasta cierta  temperatura  que para calentar  a la misma temperatura  sólo 5 g de agua.
C } La naturaleza del cuerpo.
Es  un hecho  experimental   que masas iguales de diversos cuerpos necesitan cantidades distintas  de calor para elevar su temperatura  el mismo números de grados . Hay algo en la propia naturaleza de cada cuerpo  por lo que absorbe  o cede calor con mayor o menor facilidad.
El producto  c.m.  que  representa  la cantidad  de calor  necesaria para aumentar en 1 °C  la temperatura  del cuerpo correspondiente , se llama  capacidad calorifica  del mismo. La  capacidad  calorifica  de un mol se denomina  calor molar y la de un átomo- gramo calor atómico.
El calor especifico  es una constante  propia de cada sustancia . Se define como el calor que debe recibir  un gramo  de una sustancia  para que aumente  1 °C su temperatura .
EQUILIBRIO  TÉRMICO.
Si se supone  que no hay  pérdidas  de calor , el calor  cedido por el cuerpo  a mayor temperatura  debe ser  igual al calor  absorbido  por el cuerpo  que estaba a menor temperatura . Si el  proceso continua , los dos cuerpos alcanzarán la misma temperatura llegándose al equilibrio térmico  y cesando el flujo de calor entre ellos.
Calorímetro.
Cuando se introducen  en el calorimetro  un cuerpo  caliente  y otro  frio, parte  del calor se transfiere  al calorimetro  y al agitador , por lo que se debe tener  en cuenta cuando se efectúan mediciones de precisión.
Calores de transformación.
Se sabe que cuando un cuerpo experimenta  un cambio de estado físico , puede recibir  o perder calor sin que su temperatura cambie. Así, cuando un trozo de hielo funde a la presión  atmosférica, se mantiene a 0°C  aunque reciba calor del exterior. Dicho calor se emplea en transformar  el agua sólida  en agua líquida,por lo que recibe, en general el nombe de calor de transformación.
En lo que respecta  a los cambios  de estado físico , cada sustancia está  caracterizada  por coeficientes  especiales.
EQUIVALENTE MECÁNICO DEL CALOR.
Ya se  ha visto que a la realización  de un trabajo  corresponde  una cantidad de calor.
" Cuando un cuerpo  o sistema  de cuerpos , después  de una serie  de transformaciones , vuelve  a su estado  inicial , el trabajo  exterior   realizado es proporcional  a la cantidad  de calor desarrollado".




















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