LA TEMPERATURA
Para completar lo que teneís en el libro
La temperatura es una magnitud referida a las nociones comunes de caliente, tibio, frío que puede ser medida, especificamente, con un termómetro. En física, se define como una magnitud escalar relacionada con la energía interna de un sistema termodinámico, definida por el principio cero de la termodinámica. Más específicamente, está relacionada directamente con la parte de la energía interna conocida como "energía cinética", que es la energía asociada a los movimientos de las partículas del sistema, sea en un sentido traslacional, rotacional, o en forma de vibraciones. A medida de que sea mayor la energía cinética de un sistema, se observa que éste se encuentra más "caliente"; es decir, que su temperatura es mayor.
La unidad en el Sistema Internacional (SI), el el kelvin: Kelvin (K) El Kelvin es la unidad de medida del SI. La escala Kelvin absoluta es parte del cero absoluto y define la magnitud de sus unidades, de tal forma que el punto triple del agua es exactamente a 273,16 K.3
Aclaración: No se le antepone la palabra grado ni el símbolo º.
En españa utilizamos la escala Celsius, cuya unidad es el grado centígrado (ºC) y en los paises de habla inglesa la Fahrenheity la unidad es el grado fahrenheit (ºF). Las equivalencias entre las escalas son las siguientes: Simplificando
t (ºC) = t (K) - 273
t (K) = t (ºC) + 273
t (ºF)= 1,8 . t (ºC) + 32
t (ºC) = t (ºF)- 32 / 1,8
Escalas termométricas
Para
fijar los valores de temperatura se utilizan los llamados puntos fijos
de un termómetro, que se corresponden con fenómenos que tienen lugar
siempre para un mismo valor de la temperatura.
Se toman por acuerdo como puntos fijos el punto de fusión del
hielo y el punto de ebullición del agua. Una escala termométrica vendrá
definida por los valores de temperatura asignados a los dos puntos,
aceptando una variación lineal de la magnitud termométrica con la
temperatura.
Escala Celsius o centígrada . La
escala Celsius o centígrada asigna el valor cero al punto de congelación
o solidificación del agua y el valor 100 al punto de ebullición de la
misma a la presión de una atmósfera. Cada unidad, debido a la variación
lineal con la temperatura, será 1/100 del intervalo y se llama grado
Celsius o centígrado (°C).
Escala Kelvin o absoluta. La
escala absoluta o termodinámica utiliza como unidad de medida de
temperatura el kelvin (K), cuyo valor coincide exactamente con el de 1
°C, ya que el intervalo entre los puntos fijos también se divide en 100
unidades. Sin embargo, se asigna el valor 273 al punto de fusión del
hielo y, por tanto, el valor 373 al punto de ebullición del agua. En
consecuencia, la relación entre la temperatura medida en Kelvin y la
medida en grados centígrados es la siguiente:
T (K) = t (°C) + 273
es decir, se trata de la misma escala que la centígrada pero desplazada hacia abajo en 273 unidades.
La
importancia de la escala absoluta radica en que es posible demostrar que
el cero absoluto de temperatura se corresponde con la ausencia total de
energía cinética interna del cuerpo considerado, es decir, con la
inmovilidad total de sus partículas.
Escala Fahrenheit
. Otra
escala de temperaturas, muy utilizada en Norteamérica fuera de los
ambientes científicos es la escala Fahrenheit. En esta escala se
efectúan 180 divisiones en el intervalo definido por los puntos fijos,
asignando a estos puntos los valores 32 y 212, respectivamente.
La relación entre la temperatura expresada en grados centígrados y la correspondiente en grados Fahrenheit.
t (°F) = 1,8 t (°C) + 32
La
escala absoluta correspondiente a la Fahrenheit, es decir, con unidades
iguales, es la escala Rankine, cuyos puntos fijos son 491,69 y 671,67.
Evidentemente, el intervalo en ambos casos es de 180 unidades. La
relación entre la temperatura expresada en ºF y ºR es la siguiente:
t (°R) = t (°F) + 491
La medimos mediante termómetros
http://ciclobasico.com/el-termometro1/
http://legacy.spitzer.caltech.edu/espanol/edu/thermal/measure_sp_06sep01.html
http://www.tiposdetermometros.net/
PROBLEMAS DE TEMPERATURA
PROBLEMAS PARA PRACTICAR LAS ESCALAS TERMOMÉTRICAS
1- Transforme 50 °C en grados Fahrenheit.
2- Transforme 20 °C en grados Fahrenheit.
3- Transforme según la ecuación
de conversión : a) 15
°C a °F; y b) -10 °F a °C.
4- La temperatura en un salón es 24 °C. ¿Cuál será la lectura
en la escala Fahrenheit?.
5- Un médico inglés mide la temperatura de un paciente y
obtiene 106 °F.
¿Cuál será la lectura en la escala Celsius?.
6.- Completar el siguiente cuadro;
utilizando la ecuación de conversión:
CENTIGRADO
|
FAHRENHEIT
|
KELVIN
|
|
200 °C
|
|||
40 ° F
|
|||
-5 °C
|
|||
400 °K
|
|||
7.- Complete el siguiente cuadro
:
KELVIN
|
CENTIGRADO
|
FAHRENHEIT
|
|
40 °C
|
|||
20 °F
|
|||
450 °K
|
|||
100 °K
|
400 °K
|
||
LOS ESTADOS DE LA MATERIA
La materia se presenta en tres estados o formas de agregación: sólido, líquido y gaseoso.
Dadas las condiciones existentes en la superficie terrestre, sólo algunas sustancias pueden hallarse de modo natural en los tres estados, tal es el caso del agua.
La mayoría de sustancias se presentan en un estado concreto. Así, los metales o las sustancias que constituyen los minerales se encuentran en estado sólido y el oxígeno o el CO2 en estado gaseoso:
- Los sólidos: Tienen forma y volumen constantes. Se caracterizan por la rigidez y regularidad de sus estructuras.
- Los líquidos: No tienen forma fija pero sí volumen. La variabilidad de forma y el presentar unas propiedades muy específicas son características de los líquidos.
- Los gases: No tienen forma ni volumen fijos. En ellos es muy característica la gran variación de volumen que experimentan al cambiar las condiciones de temperatura y presión.
Esta página esta muy bien para estudiar este apartado y los siguientes del tema:
http://concurso.cnice.mec.es/cnice2005/93_iniciacion_interactiva_materia/curso/materiales/estados/estados1.htm
http://www.educa.madrid.org/portal/c/portal/layout?p_l_id=2288.210
http://cplosangeles.juntaextremadura.net/web/edilim/tercer_ciclo/cmedio/la_materia/los_cambios_de_estado/los_cambios_de_estado.html
http://www.iesaguilarycano.com/dpto/fyq/mat/mat3.htm
6.- CARACTERÍSTICAS DE LOS ESTADOS DE LA MATERIA
http://www.wikisaber.es/Contenidos/LObjects/states_of_matter/index.html
SÓLIDOS
Los objetos en estado sólido se presentan como cuerpos de forma compacta y precisa; sus átomos a menudo se entrelazan formando estructuras estrechas definidas, lo que les confiere la capacidad de soportar fuerzas sin deformación aparente. Los sólidos son calificados generalmente como duros y resistentes, y en ellos las fuerzas de atracción son mayores que las de repulsión. La presencia de pequeños espacios intermoleculares caracteriza a los sólidos dando paso a la intervención de las fuerzas de enlace que ubican a las celdillas en una forma geométrica.
Las sustancias en estado sólido presentan características como:
- Cohesión elevada.
- Forma definida.
- Incompresibilidad (no pueden comprimirse).
- Resistencia a la fragmentación.
- Fluidez muy baja o nula.
- Algunos de ellos se subliman (yodo).
- Volumen constante (hierro).
El estado líquido presenta las siguientes características:
- Cohesión menor.
- Movimiento energía cinética.
- No poseen forma definida.
- Toma la forma de la superficie o el recipiente que lo contiene.
- En el frío se contrae (exceptuando el agua).
- Posee fluidez a través de pequeños orificios.
- Puede presentar difusión.
- Volumen constante.
- http://www.slideshare.net/hevelu/el-estado-lquido
Incrementando aún más la temperatura, se alcanza el estado gaseoso. Las moléculas del gas se encuentran prácticamente libres, de modo que son capaces de distribuirse por todo el espacio en el cual son contenidos.
El estado gaseoso presenta las siguientes características
- Cohesión casi nula.
- No tienen forma definida.
- Su volumen es variable dependiendo del recipiente que lo contenga.
- Pueden comprimirse fácilmente.
- Ejercen presión sobre las paredes del recipiente contenedor.
- Las moléculas que lo componen se mueven con libertad.
- Ejercen movimiento ultra dinámico.
7.- LOS CAMBIOS DE ESTADO
LA MATERIA CAMBIA DE ESTADO
Cambio de
estado es el proceso mediante el cual las sustancias pasan de un estado de
agregación a otro. El estado físico depende de las fuerzas de cohesión que
mantienen unidas a las partículas. La modificación de la
temperatura o de la
presión modificará dichas fuerzas de cohesión pudiendo provocar un cambio de
estado.
El paso
de un estado de agregación más ordenado a otro más desordenado (donde las
partículas se mueven con más libertad entre sí) se denomina cambio de estado
progresivo. Cambios de estado progresivos son:
- El paso de sólido a líquido que se llama fusión. Ejemplo el hielo a agua líquida se funde.- El paso de líquido a gas que se llama vaporización. Ejemplo el agua líquida pasa a vapor de agua: evaporándose lentamente (secándose un recipiente o una superficie con agua) o al entrar en ebullición el líquido (hierve).- El paso de sólido a gas que se llama sublimación. Ejemplo el azufre o el yodo sólidos al calentarlos pasan directamente a gas.
El paso
de un estado de agregación más desordenado a otro más ordenado se denomina
cambio de estado regresivo. Cambios de estado regresivos son:
- El paso de gas a
líquido que se llama condensación. Ejemplo en los días fríos de invierno el
vapor de agua de la atmósfera se condensa en los cristales de la ventana que
se encuentran fríos o en el espejo del cuarto de baño.
- El paso de líquido
a sólido que se llama solidificación. Ejemplo el agua de una cubitera dentro
del congelador se solidifica formando cubitos de hielo.
- El paso de gas a
sólido que se denomina solidificación regresiva.
- Fusión: Es el paso de un sólido al estado líquido por medio de la energía térmica; durante este proceso isotérmico (proceso que absorbe energía para llevarse a cabo este cambio) hay un punto en que la temperatura permanece constante. El "punto de fusión" es la temperatura a la cual el sólido se funde, por lo que su valor es particular para cada sustancia. Cuando dichas moléculas se moverán en una forma independiente, transformándose en un líquido.
- Solidificación: Es la transformación de un líquido a sólido por medio del enfriamiento; el proceso es exotérmico. El "punto de solidificación" o de congelación es la temperatura a la cual el líquido se solidifica y permanece constante durante el cambio, y coincide con el punto de fusión si se realiza de forma lenta (reversible); su valor es también específico.
- Vaporización: es el proceso físico en el que un líquido pasa a estado gaseoso. Si se realiza cuando la temperatura de la totalidad del líquido iguala al punto de ebullición del líquido a esa presión al continuar calentando el líquido, éste absorbe el calor, pero sin aumentar la temperatura: el calor se emplea en la conversión del agua en estado líquido en agua en estado gaseoso, hasta que la totalidad de la masa pasa al estado gaseoso. En ese momento es posible aumentar la temperatura del gas.
Cuando existe un espacio libre encima de un líquido caliente, una parte de sus moléculas está en forma gaseosa, al equilibrase, la cantidad de materia gaseosa define la presión de vapor saturante, la cual no depende de la temperatura.
- Condensación: Se denomina condensación al cambio de estado de la materia que se encuentra en forma gaseosa a forma líquida. Es el proceso inverso a la vaporización. Si se produce un paso de estado gaseoso a estado sólido de manera directa, el proceso es llamado sublimación inversa. Si se produce un paso del estado líquido a sólido se denomina solidificación.
- Sublimación: es el proceso que consiste en el cambio de estado de la materia sólida al estado gaseoso sin pasar por el estado líquido. Al proceso inverso se le denomina Cristalización inversa; es decir, el paso directo del estado gaseoso al estado sólido. Un ejemplo clásico de sustancia capaz de sublimarse es el hielo seco.
Las diferentes transformaciones de fase de la materia en este caso las del agua son necesarias y provechosas para la vida y el sustento del hombre cuando se desarrollan normalmente.
Los cambios de estado están divididos generalmente en dos tipos: progresivos y regresivos.
Cambios progresivos: Vaporizació, fusión y sublimación progresiva. Cambios regresivos: Condensación, solidificación y sublimación regresiva
Condensación
En física, proceso en el que
la materia pasa a una forma más
densa, como ocurre en la
licuefacción del vapor. La
condensación es el resultado
de la reducción de temperatura
causada por la eliminación del
calor latente de evaporación;
a veces se denomina condensado
al líquido resultante del
proceso.
La eliminación de calor reduce
el volumen del vapor y hace que
disminuyan la velocidad de sus
moléculas y la distancia entre
ellas. Según la teoría cinética
del comportamiento de la materia,
la pérdida de energía lleva a la
transformación del gas en
líquido. La condensación es
importante en el proceso de
destilación y en el
funcionamiento de las máquinas
de vapor, donde el vapor de agua
utilizado se vuelve a convertir
en agua en un aparato llamado
condensador.
En meteorología, tanto la
formación de nubes como la
precipitación de rocío, lluvia y
nieve son ejemplos de
condensación.
En química, la condensación
es una reacción que implica la
unión de átomos dentro de una
misma molécula o en moléculas
diferentes. El proceso
conduce a la eliminación de una
molécula simple, por ejemplo de
agua o alcohol, para formar un
compuesto nuevo más complejo,
frecuentemente de mayor peso
molecular que cualquiera de los
compuestos originales.
Evaporación
Conversión gradual de un líquido
en gas sin que haya ebullición.
Las moléculas de cualquier
líquido se encuentran en
constante movimiento. La
velocidad media (o promedio) de
las moléculas sólo depende de la
temperatura, pero puede haber
moléculas individuales que se
muevan a una velocidad mucho
mayor o mucho menor que la
media.
A temperaturas por debajo del
punto de ebullición, es posible
que moléculas individuales que
se aproximen a la superficie con
una velocidad superior a la
media tengan suficiente energía
para escapar de la superficie y
pasar al espacio situado por
encima como moléculas de gas.
Como sólo se escapan las
moléculas más rápidas, la
velocidad media de las demás
moléculas disminuye; dado que la
temperatura, a su vez, sólo
depende de la velocidad media de
las moléculas, la temperatura
del líquido que queda también
disminuye. Es decir, la
evaporación es un proceso que
enfría; si se pone una gota
de agua sobre la piel, se siente
frío cuando se evapora.
En el caso de una gota de
alcohol, que se evapora con más
rapidez que el agua, la
sensación de frío es todavía
mayor. Si un líquido se evapora
en un recipiente cerrado, el
espacio situado sobre el líquido
se llena rápidamente de vapor, y
la evaporación se ve pronto
compensada por el proceso
opuesto, la condensación.
Para que la evaporación continúe
produciéndose con rapidez hay
que eliminar el vapor tan rápido
como se forma. Por este motivo,
un líquido se evapora con la
máxima rapidez cuando se crea
una corriente de aire sobre su
superficie o cuando se extrae el
vapor con una bomba de vacío.
Diferencias entre evaporación y ebullición.
El cambio
de estado de líquido a gas se denomina vaporización. La vaporización puede tener
lugar de dos formas:
- A cualquier temperatura, el líquido pasa lentamente a estado gaseoso, el proceso se denomina evaporación. El paso es lento porque son las partículas que se encuentran en la superficie del líquido en contacto con la atmósfera las que se van escapando de la atracción de las demás partículas cuando adquieren suficiente energía para liberarse. Partículas del líquido que se encuentran en el interior no podrán recorrer demasiado antes de ser capturadas de nuevo por las partículas que la rodean.- A una determinada temperatura determinada se produce el paso de líquido a gas en todo el volumen del líquido el proceso se denomina ebullición. Cualquier partícula del interior o de la superficie adquiere suficiente energía para escapar de sus vecinas, la energía se la proporciona la fuente calorífica que le ha llevado a dicha temperatura.
Por
tanto, el cambio de estado denominado vaporización se puede producir de alguna
de estas formas:
- Por evaporación que tiene lugar en la superficie del líquido, es lenta y a cualquier temperatura, aunque aumenta la evaporación con la temperatura. Un ejemplo lo tenemos con el agua que se extiende por el suelo o la ropa mojada tendida, el proceso de secado es una evaporación del agua líquida. El agua contenida en un vaso también termina por desaparecer (se evapora), aunque la evaporación será mayor si aumentamos la superficie de contacto entre el agua y la atmósfera (por ejemplo echando el contenido del vaso en un plato).- Por ebullición que tiene lugar a una determinada temperatura (temperatura de ebullición), es tumultuosa y tiene lugar en cualquier parte del líquido (superficie o interior). El ejemplo lo tenemos en el agua, a medida que la calentamos la evaporación aumenta y llega un momento en el que salen burbujas de vapor de agua de cualquier parte del líquido y de forma tumultuosa (desordenadamente).
LA TEMPERATURA EN LOS CAMBIOS DE ESTADO
Mientras
tiene lugar un cambio de estado, la temperatura no varía se mantiene constante
hasta que el cambio de estado se complete.
- El cambio de estado de sólido a líquido (fusión) tiene lugar a la temperatura de fusión que coincide con la temperatura de solidificación (cambio de estado de líquido a sólido, solidificación).- El cambio de estado de líquido a gas que ocurre de forma tumultuosa tiene lugar a la temperatura de ebullición y coincide con la temperatura de condensación (gas a líquido).
Mientras
dure el cambio de estado, la energía implicada (calentando o enfriando) se
utiliza en cambiar el estado de agregación de las partículas, manteniéndose
constante la temperatura (la energía cinética media de las partículas no varía).
Al efecto de fundir un metal se le llama fusión (no podemos confundirlo con el punto de fusión). También se suele denominar fusión al efecto de licuar o derretir una sustancia sólida, congelada o pastosa, en líquida.
En la mayoría de las sustancias, el punto de fusión y de congelación, son iguales. Pero esto no siempre es así: por ejemplo, el Agar-agar se funde a 85 °C y se solidifica a partir de los 31 °C a 40 °C; este proceso se conoce como histéresis.
El punto de ebullición es aquella temperatura en la cual la materia cambia de estado líquido a gaseoso, es decir se ebulle. Expresado de otra manera, en un líquido, el punto de ebullición es la temperatura a la cual la presión de vapor del líquido es igual a la presión del medio que rodea al líquido. En esas condiciones se puede formar vapor en cualquier punto del líquido.
La temperatura de una sustancia o cuerpo depende de la energía cinética media de las moléculas. A temperaturas inferiores al punto de ebullición, sólo una pequeña fracción de las moléculas en la superficie tiene energía suficiente para romper la tensión superficial y escapar. Este incremento de energía constituye un intercambio de calor que da lugar al aumento de la entropía del sistema (tendencia al desorden de las partículas que lo componen).
El punto de ebullición depende de la masa molecular
de la sustancia y del tipo de las fuerzas intermoleculares de esta
sustancia. Para ello se debe determinar si la sustancia es covalente
polar, covalente no polar, y determinar el tipo de enlacesEstados de agregación de la materia
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