7.1 La Temperatura y su medida.pdf

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1 ¿Qué sucede cuando dos cuerpos a distinta temperatura se ponen en contacto? ¿Cuándo acaba el proceso? En este momento, ¿qué se dice que se ha alcanzado? ¿Qué magnitud es entonces común a los dos cuerpos?

Solución:

El cuerpo que está más alta temperatura transfiere energía al que está a más baja temperatura. El proceso acaba cuando los dos cuerpos se encuentran a la misma temperatura. Se dice que ha alcanzado el equilibrio térmico. La magnitud común en ese momento, es lógicamente la temperatura.

2 ¿Qué estamos midiendo al medir la temperatura con un termómetro? ¿En qué propiedad se basan los termómetros de líquidos para su funcionamiento?

Solución:

Los termómetros miden la temperatura cuando alcanzan el equilibrio térmico con los cuerpos que están en contacto.

La propiedad en la que se basan los termómetros es la dilatación que presentan los líquidos al transferirles energía en forma de calor. La variación de temperatura provocada por dicha transferencia de energía es proporcional a la variación de altura del líquido.

3 ¿Qué queremos expresar en términos científicos cuando en la vida cotidiana decimos que un cuerpo está frío o caliente?

¿Cómo se dirían las siguientes frases correctamente según dicha terminología? a) Este verano está haciendo mucho calor.

b) El aceite de la sartén está caliente. c) El agua de la piscina está helada. d) Quiero un vaso de agua templada.

Solución:

Cuando está frío queremos decir que su temperatura es baja y cuando, está caliente, que su temperatura es alta. a) Este verano está haciendo temperaturas muy altas.

b) El aceite de la sartén está a alta temperatura. c) El agua de la piscina está a temperatura baja.

d) Quiero un vaso de agua que esté a una temperatura intermedia.

4 ¿Cuáles son las escalas termométricas más usadas? ¿En qué se diferencian unas de otras? ¿Cuál es objetiva?

Solución:

La más común es la escala Celsius o centígrada. Otras, son la escala Fahrenheit, que se utiliza en los países anglosajones, y la que se usa en el sistema internacional, escala absoluta o Kelvin.

La escala Celsius y Fahrenheit, se diferencian en los valores arbitrarios con los que se designa el punto de fusión y de ebullición del agua. En la primera, asigna al punto de fusión 0 ºC y al punto de ebullición, 100 ºC, mientras que en la segunda, son 32 F y 212 F. La escala Kelvin, es objetiva. El cero de la misma coincide con la absoluta falta de energía de las partículas que forman la materia.

5 Cuando al poner en contacto dos cuerpos a distinta temperatura se alcanza el equilibrio térmico, ¿la temperatura final es la media aritmética de las temperaturas que cada cuerpo tenía inicialmente? ¿De qué factores depende dicha temperatura final?

Solución:

No. Porque dependerá de la cantidad de masa de cada cuerpo y de la naturaleza de la materia de cada uno de ellos.

6 ¿Cómo se calibran los termómetros de mercurio?

Solución:

El agua por ser una sustancia pura tiene los puntos de fusión y ebullición siempre fijos. Por ello, se utilizan dichos puntos para calibrar los termómetros de mercurio, midiendo la altura de la columna de este elemento entre esos dos puntos fijos, asignándoles valores arbitrarios según el tipo de escala que se trate.

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Solución:

Habría que aclarar que dicha temperatura no está medida en la escala centígrada y que estará en la escala Fahrenheit. Ya que si consideramos 20 ºC la temperatura en primavera, utilizando las equivalencias entre ambas escalas, tendremos: F º 68 = 36 + 32 = C º 0 2 1,8º + 32 = F) (º T C) (º T 1,8º + 32 = F) (º T  

8 Expresa el cero absoluto en ºC y ºF.

Solución: F º 459,4 = ) (-273 1,8 + 32 C) (º T 1,8 + 32 = F) T(º C º 273 = T 273 + C) (º T = K 0 273 + C) T(º = K     

9 ¿En qué propiedad se basan las escalas termométricas Celsius y Fahrenheit para elegir los puntos fijos? ¿Qué puntos eligen para graduarlas?

Solución:

Se basan en que las sustancias puras la temperatura permanece invariable mientras duran los cambios de estado. Eligen los puntos de fusión y de ebullición del agua en la escala Celsius y del cluroro amónico disuelto en agua en la escala Fahrenheit.

10 ¿Qué temperatura es más elevada, 20 ºC o 68 ºF?

Solución: F º 68 = 36 + 32 = 20 1,8 + 32 = C) T(º 1,8 + 32 = F) T(º 

Representan la misma temperatura.

11 Se tienen encima de una mesa los siguientes sistemas materiales: un vaso de agua, un tapón de corcho, un cilindro de aluminio, un trozo de mármol, un vaso de aceite, un ovillo de lana y aire en un erlenmeyer. Ordénalos en orden creciente a sus temperaturas.

Solución:

Todos están a la misma temperatura, la ambiental. Ya que la temperatura es una propiedad que no depende de la naturaleza de las sustancias.

12 De una botella de agua de 2 litros a 5 ºC se vierte medio litro en otra botella. En ese momento, ¿qué volumen y qué temperatura tendrá cada botella? Pasado varias horas, ¿qué temperatura tendrán?

Solución:

El volumen de la primera botella será 1,5 litro y el de la segunda, medio litro. Porque es una magnitud extensiva, lo que significa que su magnitud queda dividida al dividir el sistema.

La temperatura de las dos botellas será la misma, porque es una magnitud intensiva, lo que significa, que su magnitud no queda dividida al dividir el sistema.

Pasadas varias horas, las dos botellas alcanzarán el equilibrio térmico con el ambiente y tendrán la temperatura ambiental.

13 Indicar si las siguientes frases son verdaderas (V) o falsas (F). a) La temperatura de un cuerpo depende de la masa que tiene.

b) Al poner en contacto dos cuerpos que tienen distinto tamaño y distinta temperatura, siempre cede energía para alcanzar el equilibrio térmico el de mayor tamaño.

c) Dos cuerpos a distinta temperatura cuando se ponen en contacto alcanzan la misma temperatura independientemente de su naturaleza.

d) La temperatura final en el equilibrio térmico cuando se ponen en contacto dos cuerpos que tienen distinta temperatura es independiente de su naturaleza.

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Solución: a) Falso. b) Falso. c) Verdadero. d) Falso. e) Verdadero.

14 ¿En cuáles de las siguientes temperaturas estará el agua en forma de agua líquida, sólida o vapor? a) -14 ºC

b) 105 ºC c) 68 ºF d) 280 K e) 390 K f) 30 ºF

Solución:

a) Sólida, está por debajo del punto de fusión en la escala Celsius.

b) Vapor de agua, está por encima del punto de ebullición, en la escala Celsius. c) Líquida, está entre el punto de fusión y ebullición en la escala Fahrenheit. d) Líquida, está entre el punto de fusión y de ebullición en la escala Kelvin. e) Vapor de agua, está por encima del punto de ebullición en la escala Kelvin. f) Sólida, está por debajo del punto de fusión, en la escala Fahrenheit.

15 a) ¿Qué temperatura tendrá una mezcla de dos vasos de agua, uno a temperatura alta y otro, a temperatura intermedia?

b) ¿Qué masa y temperatura tendrá la mezcla de dos vasos de 1/4 litro de agua, si los dos están a 22ºC?

Solución:

a) La temperatura de la mezcla, estará entre la alta y la intermedia.

b) La masa de la mezcla será 0,5 kg y la temperatura será, la misma 22 ºC. Porque la masa es una magnitud extensiva y la temperatura, intensiva.

16 ¿Cómo explica la teoría cinética de la materia lo que sucede entre las partículas de dos vasos de agua con la misma cantidad, el uno a temperatura más baja que el otro, cuando los mezclamos?

Solución:

Como en los vasos hay la misma cantidad de agua el número de partículas será el mismo. Pero en el que está a más alta temperatura, las partículas tendrán más energía cinética media que en el otro.

Al mezclarlos, el agua de los dos vasos alcanzará el equilibrio térmico, Es decir, tendrán la misma temperatura. La teoría cinética lo explica así:

Las partículas que tienen más energía cinética media se mueven más deprisa y chocan contra las otras de menor energía, en dichos choques las primeras ceden energía a las segundas. Con lo que mientras las del vaso a más alta temperatura disminuyen su energía cinética media, las partículas del vaso a menor temperatura, aumenta. El proceso se termina, cuando todas las partículas tienen la misma energía cinética media.

17 a) En un recipiente que contiene 30 litros agua a 40 ºC se introducen dos cubos de cobre, uno de 50 g y otro, de 10. Transcurrido un tiempo, ¿cuál de los dos alcanzará mayor temperatura?

b) En un recipiente que contiene 30 litros de agua a 40 ºC se introducen tres cubos del mismo volumen uno de cobre, otro de pirita y otro de mármol. Transcurrido un tiempo, ¿cuál de los tres alcanzará mayor temperatura?

c) ¿Qué conclusiones puedes sacar?

Solución:

a) Los dos alcanzarán la temperatura del equilibrio térmico. b) Los tres alcanzarán la temperatura del equilibrio térmico.

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material que está a más alta temperatura al que está a menos, hasta alcanzar dicho equilibrio.

18 Justifica razonadamente las relaciones que existen entre las escalas termométricas que hacen que una temperatura determinada pueda expresarse de forma distinta según dichas escalas.

Solución:

La variación de temperatura es proporcional al alargamiento que se produce en la columna de mercurio y éste es independiente de la escala empleada. Así, en el caso de las escalas Celsius y Kelvin, el alargamiento entre los dos puntos fijos, está dividido en 100 divisiones, por tanto, 1 ºC = 1 K. En el caso de la escala Fahrenheit, el número de divisiones es de 180, por tanto, su relación con la de Celsius, será 1ºC = 1,8 ºF.

Según lo expuesto y teniendo en cuenta, los puntos de fusión del hielo: Celsius, 0 ºC, Fahrenheit, 32 ºF y Kelvin, 273,15 K y de ebullición del agua: Celsius, 100 ºC, Fahrenheit, 212 ºF y Kelvin, 373,15 K.

Las relaciones entre las distintas escalas es:

100 C) T(º 180 32 F) T(º C) T(º 1,8 + 32 = F) T(º 273 + C) T(º = T(K)  

19 ¿A qué temperatura coinciden la temperatura en la escala Celsius y Fahrenheit? ¿Qué temperatura será en la escala Kelvin?

Solución: K 233 = 273 + C º 40 -= T(K) 40 0,8 32 = T 32 = T 0,8 32 = T 1,8 T T 1,8 + 32 = T C) (º T 1,8 + 32 = F) T(º T = C) (º T = F) T(º        

20 Halla las temperaturas Fahrenheit y Kelvin que corresponden a 35 ºC y a - 7 ºC.

Solución: F º 19,4 = 12,6 -32 = ) 7 ( 1,8 + 32 = F) T(º F º 95 = 63 + 32 = 35 1,8 + 32 = F) T(º C) T(º 1,8 + 32 = F) T(º K 266 = 273 + 7 -= T(K) K 308 = 273 + 35 = T(K) 273 + C) (º t = T(K)   

21 Halla las temperaturas Celsius y Kelvin que corresponden a 14 ºF y a - 58 ºF.

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K 223 = 273 + 50 -= T(K)

K 263 = 273 + -10 = T(K)

273 + C) T(º = T(K)

C º 50 8

, 1

90 1,8

32 58 = C) T(º C) T(º 1,8 + 32 = F º 58

C º 10 8

, 1

18 1,8

32 4 1 = C) T(º C) T(º 1,8 + 32 = F º 14

C) T(º 1,8 + 32 = F) t(º

      

 

     

22 Las gráficas siguientes representa la evolución de las temperaturas de dos objetos uno de madera y otro, de aluminio.

a) ¿Están inicialmente a la misma temperatura? ¿Cuál es?

b) ¿Qué significa el punto a partir del cual las gráficas son una recta paralela al eje de tiempos? c) Si dejáramos transcurrir más tiempo, ¿cómo seguiría la gráfica? ¿Por qué?

madera aluminio

t t

Solución:

a) No. El de madera está a 60 ºC y el de aluminio, a 80 ºC.

b) Es el punto en el que ambos objetos alcanzan el equilibrio térmico con el ambiente, y es el mismo para ambos, porque la temperatura del equilibrio es independiente de la naturaleza de las sustancias.

c) Paralela al eje de tiempos, porque si las condiciones ambientales no varían la temperatura alcanzada, tampoco.

23 En las siguientes situaciones ¿qué cuerpos ceden energía hasta alcanzar el equilibrio térmico? ¿Por qué?

a) Un clavo de 10 gramos de hierro al rojo vivo al introducirlo en un recipiente que contiene 1 litro de agua hirviendo?

b) Un vaso que contiene un cuarto de litro de agua hirviendo al introducirlo en un recipiente que contiene 10 litros de agua a 40ºC.

Solución:

a) El clavo al rojo vivo tiene una temperatura bastante mayor que la del agua hirviendo, que es 100 ºC. Por tanto, cederá energía el clavo al agua hirviendo, porque hasta alcanzar el equilibrio térmico, cede energía el sistema material que está a mayor temperatura independiente de la masa y de la naturaleza de las sustancias.

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alcanzar el equilibrio térmico, por la misma razón.

24 Una temperatura de 18 ºF por debajo del punto de fusión del hielo, ¿qué temperatura es en ºC y en ºK?

Solución:

El punto de fusión del hielo en la escala Fahrenheit es, 32 ºF. 15 ºF por debajo serán 32 ºF - 18 ºF= 14 ºF

K 263 = 273 + C º 10 -= K T

C º 10 8 , 1

18 1,8

32 4 1 = C) T(º C) T(º 1,8 + 32 = F º

14      

25 Las temperaturas de fusión y de ebullición del mercurio, son: -38,9 ºC y 357 ºC. ¿Serviría un termómetro de mercurio para medir una temperatura de 213 K?

Solución:

No. Por que dicha temperatura está por debajo de la temperatura de fusión del mercurio. C

º 60 = 273 213 = C) (º T 273 + C) (º T = K

213   

26 a) Cuando mezclamos 2 litros de agua a 30 ºC con 2 litros de agua a 40 ºC, ¿qué volumen y temperatura tendrá la mezcla?

b) Cuando mezclamos 2 litros de agua a 40 ºC con 1 litro de agua a 15 ºC, ¿la temperatura final de la mezcla estará más cerca de 40 ºC o de 15 ºC? ¿Por qué?

Solución:

a) El volumen será de 4 litros y la temperatura en este caso, que hay la misma cantidad de agua inicial, será la media entre las dos, es decir, 35 ºC.

b) La temperatura estará más cerca de 40 ºC, porque hay más cantidad de agua a esa temperatura.

27 a) ¿Qué temperatura tendrá una botella de 1,5 litros de agua que está a 2 ºC al sacarla encima de una mesa, después de dejar transcurrir un tiempo? ¿Por qué?

b) ¿Qué temperatura tendrá un vaso de agua que está a 60 ºC al dejarla encima de una mesa, después de dejar transcurrir un tiempo? ¿Por qué?

Solución:

a) Transcurrido un tiempo tendrá la temperatura ambiental. Porque al ser la temperatura ambiental mayor que la del agua de la botella, el ambiente cederá energía al agua hasta alcanzar el equilibrio térmico.

b) Transcurrido un tiempo tendrá la temperatura ambiental. Porque al ser la temperatura del vaso de agua mayor que la ambiental, el vaso de agua cederá energía al ambiente, hasta alcanzar el equilibrio térmico.

28 La gráfica siguiente representa la evolución de las temperaturas de dos recipientes de agua pero uno introducido dentro del otro.

a) ¿Están inicialmente a la misma temperatura? ¿Cuál es? b) ¿Qué significa el punto en el cual se juntan las dos líneas?

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Solución:

a) No. En el instante inicial la temperatura de una es de 40 ºC y el de la otra, 20 ºC.

b) Qué en ese instante, han alcanzado el equilibrio térmico, están los dos recipientes a la misma temperatura. c) A partir del punto del equilibrio térmico, al principio, sería una recta paralela al eje de tiempos. Pero luego

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