Calor Y Temperatura 2009

FISICOQUÍMICA 3º - 2009 TERMÓMETROS - ESCALAS TERMOMÉTRICAS El termómetro es un instrumento que se usa para medir la temperatura. Su presentación más común es de vidrio, el cual contiene un tubo interior con mercurio, que se expande o dilata debidos a los cambios de temperatura. Para determinar la temperatura, el termómetro cuenta con una escala debidamente graduada que la relaciona con el volumen que ocupa el mercurio en el tubo. Las presentaciones más modernas son de tipo digital, aunque el mecanismo interno suele ser el mismo. Este aparato es comúnmente empleado para tomar la temperatura, de una persona. Asimismo, el termómetro, se utiliza de igual manera, para medir la temperatura, en los animales, por parte de los veterinarios. En la actualidad, es la manera más práctica, para saber o conocer, qué temperatura corporal posee una persona. Los más usuales son de mercurio. Y esto se debe, a que el mercurio es una sustancia, que con el calor, no sólo se dilata, sino que cuando llega a la temperatura promedio, permanece estable por bastante tiempo. Y es por lo mismo, que se puede llegar a conocer con certeza, la temperatura de una persona. Lo que se debe de tener claro, es que el mercurio es un producto altamente tóxico, por lo que un termómetro, debe ser manipulado, sólo por un adulto. Con respecto, a los principales avances dentro de la historia del termómetro, podemos señalar los siguientes: En 1592, Galileo Galilei, construye el primer termómetro rudimentario. En 1612, Santorre Santorio, da un uso médico al termómetro. En 1714, Daniel Fahrenheit, inventa el termómetro a base de mercurio. Por último, en 1885, Calendar Van Duessen, inventa el sensor de temperatura, con la resistencia de platino. Con respecto a las temperaturas, la escala más utilizada en el mundo, es la Celsius. Aquella que mide la temperatura en grados centígrados. Ha sido nombrada como tal, en honor a Andrés Celsius. Con respecto a la temperatura normal, que se debe registrar en un termómetro, en un adulto humano, esta debe ser de 36,5 grados Celsius. Por sobre aquella temperatura, se podrá considerar que se posee fiebre. Ahora, sobre los 40 grados Celsius, se deben de tomar precauciones, ya que pueden llevar a desmayos, convulsiones y perdida progresiva de neuronas. ANDERS CELSIUS (Uppsala, Suecia, 1701-id., 1744) Físico y astrónomo sueco. Profesor de astronomía en la Universidad de Uppsala (1730-1744), Anders Celsius supervisó la construcción del Observatorio de Uppsala, del que fue nombrado director en 1740. En 1733 publicó una colección de 316 observaciones de auroras boreales. En 1736 participó en una expedición a Laponia para medir un arco de meridiano terrestre, lo cual confirmó la teoría de Newton de que la Tierra se achataba en los polos Celsius es conocido como el inventor de la escala centesimal del termómetro. Aunque este instrumento es un invento muy antiguo, la historia de su gradación es de lo más caprichosa. Durante el siglo XVI era graduado como "frío" colocándolo en una cueva y "caliente" exponiéndolo a los rayos del sol estival o sobre la piel caliente de una persona. Más tarde el francés Réaumur y el alemán Farenheit en 1714, lo graduaron basándose en la temperatura del hielo en su punto de fusión y en la del vapor de agua al hervir, pero la escala alemana iba de 32 a 212 grados, mientras que la francesa lo hacía de 0 a 80 grados.

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En 1742, Celsius propuso sustituir la escala del científico alemán por otra cuyo manejo era más sencillo. Para ello creó la escala centesimal que iba de 0 a 100 grados e inventó el termómetro de mercurio. El punto correspondiente a la temperatura 0 coincidía con el punto de ebullición del agua mientras que la temperatura a 100ºC equivalía a la temperatura de congelación del agua a nivel del mar. La escala, por tanto, indicaba un descenso de temperatura cuando el calor aumentaba, al contrario de como es conocida actualmente. Su compatriota el científico Karl Von Linné (conocido como Linneo) invertiría esta escala tres años más tarde. Esta escala centígrada de temperaturas fue propuesta en una memoria que presentó a la Academia de Ciencias Sueca. El termómetro de Celsius fue conocido durante años como "termómetro sueco" por la comunidad científica, y tan sólo se popularizó el nombre de "termómetro Celsius" a partir del s. XIX. DANIEL FARENH Autor de numerosos inventos, entre los que cabe citar los termómetros de agua (1709) y de mercurio (1714), la aportación teórica más relevante de Fahrenheit fue el diseño de la escala termométrica que lleva su nombre, aún hoy la más empleada en Estados Unidos y hasta hace muy poco también en el Reino Unido, hasta la adopción por este país del sistema métrico decimal.

Escalas termométricas de Celsius y Fahrenheit Fahrenheit empleó como valor cero de su escala la temperatura de una mezcla de agua y sal a partes iguales, y los valores de congelación y ebullición del agua convencional quedaron fijados en 32 y 212 respectivamente. En consecuencia, al abarcar un intervalo más amplio, la escala Fahrenheit permite mayor precisión que la centígrada a la hora de delimitar una temperatura concreta. Se llaman Escalas termométricas a los sistemas creados para medir las temperaturas de las sustancias.Hay tres escalas de uso generalizado cuyos símbolos son: Escala Nombre de la unidad Símbolo Ejemplo Celsius grado Celsius ºC 100 ºC Fahrenheit grado Fahrenheit ºF 50 ºF Kelvin Kelvin K 185 K Nótese que los grados Kelvin se escriben sólo con el número y la letra K (sin el símbolo º) 1)Escala Celsius: Se preestablecen dos medidas de temperatura que corresponden a dos estados Iepm. Fisicoquímica Calor y Temperatura. Pág. 2/6

particulares del agua pura: 0 ºC :corresponde a la temperatura estable que se registra en el termómetro cuyo bulbo está sumergido en hielo trozado en estado de fusión . Se marca este valor como 0º C 100 ºC :corresponde a la temperatura estable que se registra en el termómetro cuyo bulbo está en contacto con los vapores que emanan del agua en estado de ebullición . Se marca este valor como 100 º C Grado Celsius: Habiendo hecho las marcas en el termómetro en correspondencia con los valores 0 ºC y 100 ºC, se divide el intervalo en 100 partes iguales y cada una de esas divisiones corresponde a un grado Celsius, también llamado grado centígrado 2)Escala Fahrenheit: Se establecen dos medidas fijas: 0 ºF : corresponde al punto de fusión de una “mezcla frigorífica” formada por cubos de hielo y sulfato de amonio, cuya temperatura de fusión es menor que la del agua pura. Se marca este valor como 0º F, que corresponde a - 32 ºC, por lo tanto el 0 ºC coincide con el valor 32 ºF 212 ºF : corresponde al punto de ebullición del agua pura. Se marca este valor que equivale a 100 ºC Grado Fahrenheit: si se divide el intervalo entre las dos marcas (0 ºF y 212 ºF) en 212 partes iguales y se establece que , cada una de estas divisiones es un grado Fahrenheit 3)Escala Kelvin Ya dijimos que la temperatura es la medida del estado energético y que corresponde a la velocidad promedio (energía cinética promedio) de las moléculas de un cuerpo.Sabemos también que, si se agrega calor a un cuerpo , la velocidad de las moléculas aumenta , en tanto que si se quita calor, la velocidad de las moléculas disminuye.Se ha calculado matemáticamente que, si se extrae sistemáticamente el calor de un cuerpo, se llega a estado térmico en que las moléculas pierden completamente la movilidad. A este estado térmico se le asigna el valor 0 (cero absoluto) en la escala Kelvin y corresponde a - 273 ºC.- (Doscientos setenta y tres grados bajo cero) En la escala Kelvin, el punto de fusión del hielo corresponde al valor 273 K y el punto de ebullición del agua a 373 K.Grado kelvin: si dividimos la escala Kelvin en el intervalo entre el punto de fusión del hielo (273 K) y el punto de ebullición del agua (373 K) en 100 partes iguales, cada división corresponde a un grado kelvin y es exactamente igual a un grado Celsius 1 K = 1 ºC Unidad SIMELA : SIMELA ha adoptado el grado Kelvin (K) como unidad de temperatura, aunque acepta también el grado Celsius (ºC) CONVERSIÓN DE UNIDADES:

AGUA EN EBULLICIÓN:

Celsius ( ºC) 100 ºC | | | 1

Fahrenheit Kelvin ( ºF) (K) 212 ºF | 373 K | | | | 1 1 |

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| | 0 | ºC | | 0 ºC | | -17,78ºC | | | | | |

| 0 | ºF | | | 32 ºF | | 0 ºF |

0

HIELO Y AGUA: MECLA HIELO Y SAL:

8

| 0 | K | | | 273 K | | | | 2 | 7| 3 | K| 0

|

CERO ABSOLUTO:

| | | - 273 ºC |

| | | | 0K|

Tal como puede verse en el dibujo, 100 ºC corresponden a 180 ºF y a 100 K, 100 ºC -------- 180 ºF 1 ºC -------- x = 1 ºC . 180 ºF = 100 ºC 1 ºC = 1,80 ºF también 180 ºF -------- 100 ºC 1 ºF -------- x = 1 ºF . 100 ºC = 180 ºF 1 ºF = 0, 56 ºC Conversión de escalas - problemas a) Convertir 60 ºF a ºC: Desarrollo: 1er paso: se restan 32 ºF al valor dado: 60 ºF - 32 ºF = 28 ºF 2º paso : se convierten los 28 ºF a grados ºC, con una regla de tres si 180 ºF ------------ 100 ºC 28 ºF ------------ x = 28 ºF . 100 ºC = 15,56 ºC 180 ºF Respuesta: 60 ºF equivalen a 15,56 ºC b) Convertir la temperatura anterior a K Desarrollo: 1er paso: ya hemos establecido que 60 ºF equivale a 15,56 ºC 2º paso: sabemos que 0 ºC equivalen a 273 K, por lo tanto 15,56 ºC equivalen a 273 + 15,56 = 288,56 K Respuesta: 60 º F equivalen a 288,56 K c) Convertir 50 ºC a ºF 100 ºC ------------- 180 ºF 50 ºC ------------ x = 50 ºC . 180 ºF = 90 ºF Iepm. Fisicoquímica Calor y Temperatura. Pág. 4/6

por lo tanto:

100 ºC pero, tal como puede verse en el dibujo, al valor calculado hay que agregarle los 32 ºF que hay de diferencia entre los valores cero de ambas escalas: 90 ºF + 32 ºF = 122 ºF Respuesta: 50 ºC equivalen a 122 ºF 1) Para convertir X ºC a ºF : t ºF = 9ºF . t ºC + 32 ºF 5 ºC 2)Para convertir XºF a ºC tºC = (tºF – 32 ºF) x 5 ºC 9 ºF 3) Para convertir X ºC TK = 273K + tºC (1ºC = 1K) tºC = TK – 273 K (1ºC = 1K) Nota: Las temperaturas en ºF y ºC deben introducirse con su signo (+ si es > 0 ò – si es < 0) Las temperaturas en K , en cambio, son siempre positivas porque no existen temperaturas Kelvin bajo 0

Ejercicios: 1) Convertir t = 80 ºC a tºF t ºF = 9ºF . t ºC + 32 ºF ------> 9ºF . 80 ºC + 32 ºF = 176 ºF 5 ºC 5 ºC Respuesta 80 ºC = 176 ºF 2) Convertir t = 200 ºF a tºC tºC = (tºF – 32 ºF) x 5 ºC ---------> (tºF – 32 ºF) x 5 ºC = 93,33 ºC 9 ºF 9 ºF Respuesta 200 ºF = 93,33 ºC 3) Convertir t = (-40) ºC a tºF t ºF = 9ºF . t ºC + 32 ºF 5 ºC

------> 9ºF . (-40)ºC + 32 ºF = (-40) ºF 5 ºC

Respuesta (-40) ºC = (-40) ºF 4) Convertir t = (-40) ºF a tºC tºC = (tºF – 32 ºF) x 5 ºC ---------> (-40 ºF – 32 ºF) x 5 ºC = (-40) ºC 9 ºF 9 ºF Respuesta 80 ºC = 176 ºF 5) Convertir t = (-40 ºC) a K Iepm. Fisicoquímica Calor y Temperatura. Pág. 5/6

TK = 273K + tºC

--------> 273 K + (-40 ºC) = 233 K

Respuesta 80 ºC = 176 ºF

6) Convertir T = (40 K) a ºC tºC = TK – 273 K ------> 40 K – 273 K = -233 ºC Respuesta 40 K = - 233 ºC

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