Temperatura

Definición de Temperatura

La temperatura es una medida de la energía cinética promedio ($E_c$) de las partículas (átomos y moléculas) de una sustancia.

Distinción importante:

  • Temperatura: Medida del movimiento molecular promedio (escalar).
  • Calor: Energía transferida entre objetos debido a la diferencia de temperatura.
  • Energía térmica: Energía cinética total de todas las partículas.

Temperatura vs. Calor

Diferencias clave

TemperaturaCalor
Medida de la $E_c$ molecularTransferencia de energía
Magnitud escalarEnergía (escalar)
Medida en °C, °F, KMedida en Julios (J)
Propiedad de la materiaProceso entre objetos
Igual en todos los marcos de referenciaDireccional (de caliente a frío)

La temperatura determina la dirección del flujo de calor:

  • El calor fluye de la temperatura más alta a la temperatura más baja.
  • En el equilibrio: las temperaturas son iguales, el flujo de calor se detiene.

Efectos de la temperatura

1. Dilatación térmica

La mayoría de las sustancias se expanden cuando se calientan y se contraen cuando se enfrían.

Dilatación Lineal

$$ \Delta L = \alpha L_0 \Delta T $$

Donde:

  • ΔL = cambio en la longitud
  • α = coeficiente de dilatación lineal
  • L₀ = longitud original
  • ΔT = cambio de temperatura
Ejemplo: Una varilla de aluminio de 2 metros (α = 23 × 10⁻⁶ /°C) se calienta de 10°C a 300°C. Calcula el cambio en la longitud.
$$ \Delta L = 23 \times 10^{-6} \times 2 \times (300 - 10) = 23 \times 10^{-6} \times 2 \times 290 = 0,01334 \text{ m} = 13,34 \text{ mm} $$

2. Cambios en las propiedades físicas

A medida que la temperatura aumenta:

PropiedadEfectoEjemplo
DensidadDisminuyeEl hielo flota en el agua
SolubilidadSuele aumentarSe disuelve más sal en agua caliente
Resistencia eléctricaAumenta (metales)Resistencia del filamento de una bombilla
ReactividadAumentaReacciones químicas más rápidas

Temperatura y movimiento

Cero Absoluto

Temperatura a la cual todo movimiento molecular se detiene teóricamente

  • 0 K = -273,15°C = -459,67°F
  • No se puede alcanzar (leyes de la termodinámica).
  • Punto de referencia para la escala de temperatura absoluta.

Tipos de movimiento molecular

  • Translación: Movimiento de un lugar a otro.
  • Rotación: Giro alrededor de un eje.
  • Vibración: Oscilación alrededor de una posición de equilibrio.
¿Cómo funciona un microondas?

1. ¿Qué mide la temperatura? (1 puntos)

2. Si la energía cinética promedio de las partículas de una sustancia aumenta, ¿qué sucede con su temperatura? (1 puntos)

3. ¿Cuál es la principal diferencia entre temperatura y calor? (1 puntos)

4. ¿En qué dirección fluye el calor espontáneamente? (1 puntos)

5. Dos objetos alcanzan el equilibrio térmico. ¿Qué significa esto? (1 puntos)

6. ¿Cómo se convierten 25 °C a Kelvin? (1 puntos)

7. ¿Qué es el cero absoluto? (1 puntos)

8. ¿Por qué nunca se puede alcanzar realmente el cero absoluto? (1 puntos)

9. ¿Qué fórmula describe correctamente la dilatación térmica lineal? (1 puntos)

10. Un riel de acero de 10 m (α = 1,2 × 10⁻⁵ /°C) se calienta de 10 °C a 40 °C. ¿Cuánto se expande? (1 puntos)

11. Cálculos de dilatación térmica: (3 puntos)

a ) Una varilla de aluminio de 2 m (α = 23 × 10⁻⁶ /°C) se calienta de 10 °C a 60 °C. Calcula ΔL en mm. ΔL = _____ mm

b ) Una tubería de cobre de 5 m de largo (α = 17 × 10⁻⁶ /°C) se calienta de 20 °C a 120 °C. ΔL = _____ m

c ) Una viga de acero de un puente (α = 12 × 10⁻⁶ /°C) se expande 0,018 m cuando se calienta 50 °C. ¿Cuál es la longitud original L₀? L₀ = _____ m

12. ¿Qué sucede generalmente con la densidad de una sustancia cuando su temperatura aumenta? (1 puntos)

13. ¿Cómo afecta típicamente un aumento de temperatura a la solubilidad de los sólidos y a la resistencia eléctrica de los metales? (1 puntos)

14. ¿Qué tipo de movimiento molecular describe el movimiento de un lugar a otro? (1 puntos)

15. ¿Qué tipo de movimiento molecular se describe como una oscilación alrededor de una posición de equilibrio? (1 puntos)

16. ¿Cuál de las siguientes es la unidad correcta para medir la temperatura en la escala absoluta? (1 puntos)