Fisica

INSTITUCIÓN EDUCATIVA CIUDAD VERDE
Resolución de Creación Mediante reorganización administrativa No. 2781 de diciembre 27 del
2019 de la Secretaria de Educación de Soacha Cundinamarca
DANE. 125754005464 NIT: 901359779-9
Transversal 37 No. 18 - 85 Cuidad Verde – Teléfono: 9053823 - Email: ieo.ciudadverde@gmail.com
FUNDAMENTO TEÓRICO/APLICACIÓN/EJEMPLIFICACIÓN
CALOR Y TEMPERATURA
El calor es una cantidad de energía y es una expresión del movimiento de las moléculas que componen un cuerpo. Cuando
el calor entra en un cuerpo se produce calentamiento y cuando sale, enfriamiento. Incluso los objetos más fríos poseen
algo de calor porque sus átomos se están moviendo.
La temperatura es la medida del calor de un cuerpo
Diferencias entre calor y temperatura
Todos sabemos que cuando calentamos un objeto su temperatura aumenta. A menudo pensamos que calor y temperatura
son lo mismo. Sin embargo, esto no es así. El calor y la temperatura están relacionadas entre sí, pero son conceptos
diferentes.
Como ya dijimos, el calor es la energía total del movimiento molecular en un cuerpo, mientras que la temperatura es la
medida de dicha energía. El calor depende de la velocidad de las partículas, de su número, de su tamaño y de su tipo. La
temperatura no depende del tamaño, ni del número ni del tipo.
Escalas de Temperaturas
El termómetro es el instrumento utilizado para medir temperatura, y este puede estar graduado en las diferentes
escalas: Celsius, Kelvin o Fahrenheit.
Escala Celsius (C): la escala se denomina escala centígrada y se mide en °C. En esta escala, el punto de fusión (la
temperatura a la cual el agua se congela) es 0°C y el punto de ebullición del agua (temperatura a la cual el agua ebulle a
la presión de una atmosfera) es de 100°C. En la escala centígrada, el intervalo entre estas dos temperaturas (0°C a
100°C) se divide en cien partes iguales.
Escala Kelvin (K): Es llamada también escala absoluta y la temperatura se miden en K. En esta escala de temperatura
el punto de fusión del agua es de 273 K, y el punto de ebullición 373K, El intervalo entre ambas temperaturas se divide
en 100 partes iguales. La característica de esta escala es la de que ningún cuerpo puede alcanzar el cero o mejor llamada
el cero absoluto, dado que implicaría que todas las moléculas del cuerpo estarían en reposo.
ASIGNATURA/AREA IHS DOCENTE GRADO/JORNADA
NOMBRE DEL ESTUDIANTE CURSO/JORNADA
FORMA DE ENTREGA AL DOCENTE FECHA DE ENTREGA
EJE(S) TEMÁTICO(S)/CONTENIDOS TIEMPO DE APLICACIÓN
TEMA 1. CALOR Y TEMPERATURA
Conversión de unidades de temperatura, Calor y dilatación.
OBJETIVOS DE APRENDIZAJE
Se espera que el estudiante:
Entender los conceptos de temperatura y equilibrio térmico.
Interpretar y utilizar las leyes de la termodinámica para resolver problemas.

DANE. 125754005464 NIT: 901359779-9
Escala Fahrenheit (F): Fahrenheit es una escala de temperatura termodinámica, donde el punto de congelación del
agua es a 32 grados Fahrenheit (°F) y el punto de ebullición a 212 ° F ( a una presión atmosférica normal). Esto sitúa
los puntos de ebullición y congelación del agua exactamente a 180 grados de diferencia. Por lo tanto, un grado en la
escala Fahrenheit es 1/180 del intervalo entre el punto de congelación y el punto de ebullición del agua. El cero absoluto
se define como -459,67 °F.
Propuesto en 1724 , y nombrado después, el físico alemán Daniel Gabriel Fahrenheit (1686-1736). Fahrenheit fue
pionero en la fabricación de los termómetros de mercurio y determinó 0 °F como la temperatura estable cuando se
mezclan cantidades iguales de hielo, agua, y sal.
Ecuaciones para conversiones entre las escalas de temperatura:
Ejemplo: La temperatura de 50 °C corresponde al valor que se encuentra en la mitad de los puntos de fusión y de
ebullición del agua a una presión de una atmósfera. Expresar este valor en:
a. Grados Fahrenheit.
b. Grados Kelvin.
Solución
a. Para expresar la temperatura de 50 °C en grados Fahrenheit, tenemos:
Luego, la temperatura 50 °C equivale a 122 °F.
b. Para expresar la temperatura de 50 °C en Kelvin, tenemos:
La temperatura de 50 °C equivale a 323 K.
Taller 1: Conversión de Temperaturas
Parte I
Ejercicios:
a. Convertir 340,5 grados Fahrenheit a centígrados.
b. Convertir 360,8 °C a grados Fahrenheit
c. Convertir -170,3 °C a Kelvin
d. Convertir 880 Kelvin a grados Centígrados

DANE. 125754005464 NIT: 901359779-9
e. Convertir -250,6 °F a Kelvin
Parte II. ORGANICE LAS PAREJAS DE MAYOR A MENOR, coloque > o <, justifique
37 °C ____298K
37,9 °F ____298 °C
217 °C ____498K
3,7 °C ____24,0°F
1700 °C ____3098K
Parte III.
Completa la siguiente tabla, que indica las temperaturas registradas en un día para algunas ciudades del mundo
Mecanismos de Transferencias del calor
Cuando dos cuerpos que tienen distintas temperaturas se ponen en contacto entre sí, se produce una transferencia de
calor desde el cuerpo de mayor temperatura al de menor temperatura. La transferencia de calor se puede realizar por
tres mecanismos físicos: conducción, convección y radiación.
La conducción es el mecanismo de transferencia de calor en escala atómica. Se produce por el choque de unas moléculas
con otras, donde las partículas más energéticas le entregan energía a las menos energéticas. Se produce un flujo de
calor desde las temperaturas más altas a las más bajas. Los mejores conductores de calor son los metales. El aire es
un mal conductor del calor. Los objetos malos conductores como el aire o plásticos se llaman aislantes.
La convección es el mecanismo de transferencia de calor por movimiento de masa o circulación dentro de la sustancia.
Puede ser natural producida solo por las diferencias de densidades de la materia; o forzada, cuando la materia es
obligada a moverse de un lugar a otro, por ejemplo, el aire con un ventilador o el agua con una bomba. Sólo se produce
en líquidos y gases donde los átomos y moléculas son libres de moverse en el medio.
La radiación del calor es la forma en que el calor se transmite aun cuando no haya medio material. Este tipo de
transmisión se produce mediante la propagación de ondas electromagnéticas como la luz, la radiación infrarroja y la
radiación ultravioleta. En este proceso de transmisión del calor, al incidir las ondas electromagnéticas sobre un cuerpo
pueden agitar las partículas cargadas eléctricamente de su interior y, de esta manera, transferir energía, lo cual se
manifiesta como un aumento de temperatura.

DANE. 125754005464 NIT: 901359779-9
Medida del calor
La unidad de medida del calor en el Sistema Internacional de Unidades es la misma que la de la energía y el trabajo: el
joule.
En el siglo XIX, Joule ideó un experimento para demostrar que el calor no era más que una forma de energía, y que se
podía obtener a partir de la energía mecánica. Dicho experimento se conoce como experimento de Joule para determinar
el equivalente mecánico del calor.
Antes del experimento de Joule se pensaba que calor y energía eran dos magnitudes diferentes, por lo que las unidades
en que se medían ambas eran también distintas. La unidad de calor que se empleaba era la caloría.
Una caloría es la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de un gramo de agua destilada desde 14.5ºC
a 15.5ºC.
Con su experimento, Joule se propuso demostrar que se podía elevar la temperatura del agua transfiriéndole energía
mecánica. El aparato que empleó se muestra en la siguiente figura. En el interior de un recipiente se introduce 1 kg de
agua a 14.5 ºC.
Al recipiente se le acoplan unas paletas conectadas mediante una cuerda con una masa que puede caer. Conforme la
masa cae a velocidad constante, las paletas giran, por lo que se convierte la energía potencial gravitatoria de la masa
en energía para hacer girar las paletas. Debido a este giro, el agua aumenta de temperatura (el giro de las paletas se
transforma en calor).
Lo que encontró Joule fue que, para elevar la temperatura del kilogramo de agua hasta 15.5ºC (es decir, para conseguir
una energía de 1000 calorías), la energía potencial de la masa debía disminuir en 4180 Julios. Por tanto, la equivalencia
entre unidades de calor y energía es:
El descubrimiento de Joule llevó a la teoría de la conservación de la energía lo que a su vez condujo al desarrollo del
primer principio de la Termodinámica.
La Equivalencia entre Calorías y Joules es:
1cal=4,186J
Calor Especifico
Se define el calor especifico de una sustancia como la cantidad de calor que hay que suministrar a la unidad de masa de
una sustancia o sistema termodinámico para elevar su temperatura en una unidad.
El calor específico es una característica propia de cada material. Por ejemplo, si se consideran dos masas iguales de
sustancias con diferente calor específico, para que su temperatura aumente en la misma cantidad, se le debe
suministrar más calor a la sustancia cuyo calor específico es mayor.
De acuerdo con la gráfica (ver siguiente hoja) tenemos que el calor específico del agua es mayor que el calor específico
del alcohol etílico. Así mismo, cuando la temperatura disminuye en igual cantidad, la sustancia cuyo calor específico es
mayor debe ceder más calor.

DANE. 125754005464 NIT: 901359779-9
La unidad del calor específico en el Sistema Internacional de Unidades es el julio sobre kilogramo por Kelvin (J/kg.K),
sin embargo, se puede expresar también en calorías sobre gramo por grado centígrado (cal/g.°C).
Como lo hemos analizado, el calor Q suministrado a una sustancia o el calor cedido por la sustancia para que,
respectivamente, se produzca un aumento o disminución de temperatura, depende de tres factores:
 De la masa (m) del cuerpo.
 Del calor específico ce.
 De la variación de la temperatura, ∆𝑇 = 𝑇𝑓 − 𝑇𝑖 donde Ti es la temperatura inicial y Tf es la temperatura final.
De esta forma, la cantidad de calor se expresa como:
Al analizar esta expresión, se observa que, si la temperatura aumenta, es decir, si la temperatura final Tf es mayor que
la temperatura inicial Ti tenemos que la variación de la temperatura ΔT es positiva, y, en consecuencia, el calor es
positivo. Esto significa que cuando se suministra calor a una sustancia, el valor de dicho calor absorbido por la sustancia
es positivo. Si la temperatura disminuye, entonces ΔT es negativo y, en consecuencia, el calor cedido por la sustancia
es negativo.
Ejemplo:
Comparar la cantidad de calor que se debe suministrar a 1.000 g de agua para que su temperatura varíe de 40 °C a 70
°C, con la cantidad de calor que se debe suministrar a 1.000 g de hierro para que su temperatura varíe entre los mismos
valores.
Solución:
Para calcular la cantidad de calor según las condiciones indicadas en el caso del agua, tenemos:
La cantidad de calor que se debe suministrar a 1.000 gramos de agua para que su temperatura varíe de 40°C a 70°C es
30.000 cal.
Para calcular la cantidad de calor en el caso del hierro (ce 5 0,12) tenemos que:
La cantidad de calor que se debe suministrar a 1.000 gramos de hierro para que su temperatura aumente 30°C es 3.600
cal.
Al comparar los dos valores, observamos que aun cuando se trata de la misma masa y del mismo aumento de temperatura,
en el caso del hierro se requiere menor cantidad de calor.
El equilibrio térmico
Si dos cuerpos en contacto no están a la misma temperatura es porque no han alcanzado el equilibrio térmico. Durante
el tiempo que transcurre mientras los dos cuerpos alcanzan el equilibrio térmico se transfiere calor desde el cuerpo de
mayor temperatura hacia el cuerpo de menor temperatura.
Es decir, que el cuerpo cuya temperatura inicialmente era menor absorbe una cantidad de calor Qabs igual en valor
absoluto, aunque de diferente signo, que la cantidad de calor que cede Qced el cuerpo que cuya temperatura inicialmente
era mayor. Por ende, tenemos:

DANE. 125754005464 NIT: 901359779-9
Ejemplo: Para calcular el calor específico del plomo se toma una pieza de 100 g de dicho metal a temperatura de 97 °C
y se introduce en 200 cm3 de agua a 8 °C contenidos en un vaso de icopor, el cual es aislante. Una vez agitada el agua
con la pieza de metal en su interior, la temperatura se estabiliza en 9,4 °C. Calcular el calor específico del plomo.
Solución
La masa de 200 cm3 de agua es 200 g, debido a que la densidad de agua es 1 g/cm3. El calor absorbido por el agua,
Qabs, es:
Para el calor cedido por el plomo, Qced, tenemos:
Taller 2: Calor específico
1. Indica cuáles de los siguientes enunciados corresponden a calor o temperatura.
a. La unidad en el SI es el julio.
b. Se mide con un termómetro.
c. Depende de la masa.
d. Es una forma de energía.
e. Se mide con un calorímetro.
f. No depende de la masa.
g. Se expresa en grados.
h. Es una medida de energía interna.
2. Escribe V, si la afirmación es verdadera o F, si es falsa. Justifica tus respuestas.
__ Cuanto mayor es la masa de un cuerpo, mayor es el calor específico de la sustancia que lo forma.
__ Si envolvemos con un abrigo de piel un trozo de hielo, este se derrite más rápido debido a que la piel calienta.
__ El calor se propaga en el vacío por radiación.
__ El calor es una medida de la energía cinética que poseen las moléculas que forman un cuerpo.
__ La unidad de calor específico en el Sistema Internacional es cal/g °C.
3. En la experiencia de Joule: ¿qué pasa con la energía de la pesa? ¿De dónde procede el calor que aumenta la
temperatura del agua?
_______________________________________________________________________
4. Indica el mecanismo de transferencia de energía térmica que tiene lugar en cada caso.
a. Calentamiento del agua de mar por la energía procedente del Sol. (________________)
b. Aumento de temperatura al calentar agua en una estufa eléctrica. (________________)
c. Calentamiento de una viga metálica en un incendio. (________________)
d. El aumento de temperatura en una persona cuando ingresa a un baño turco. (________________)
e. Calentamiento de aire en un globo. (________________)
5. Se realizó un estudio con dos sustancias A y B que se calentaron en el laboratorio, y se obtuvieron las siguientes
gráficas.
a. Después de 5 minutos de calentar, ¿cuál es la temperatura de cada una de las dos sustancias?

DANE. 125754005464 NIT: 901359779-9
b. ¿Cuánto tiempo necesita cada sustancia para alcanzar los 70 °C?
c. ¿La sustancia B puede ser agua? Justifica la respuesta.
d. ¿Pueden ser A y B la misma sustancia? ¿Por qué?
e. ¿Cuál de ellas tiene mayor calor específico?
6. Calcula la capacidad calorífica de una sustancia que absorbe 1.000 cal y eleva su temperatura en 50°C.
7. En un recipiente hay 100g de agua a 20°C. Se agregan 100g más de agua caliente, de forma que la mezcla queda a
35°C. ¿A qué temperatura estaba el agua que se agregó?
8. Una tina contiene 50L de agua a 70°C. ¿Cuántos litros de agua a 20°C tendrás que añadir para que la temperatura
final sea de 40°C.
9. ¿Por qué la temperatura de las estrellas puede
llegar a millones de grados y, sin embargo, existe
un límite inferior de temperaturas y no se pueden
obtener temperaturas por debajo de 0 K o 2273,15 °C?
10. Si tres bolas de igual masa, de sustancias distintas (cobre, plomo y estaño) que están a la misma temperatura de
60 °C se colocan sobre una fina lámina de cera.
a. ¿Qué bola atravesará antes la lámina?
b. ¿Cuál lo hará en último lugar? Justifica tu respuesta.
CAMBIOS DE ESTADO
A los cuerpos los podemos hallar en la Naturaleza en los estados:
Sólido, Líquido o Gaseoso siendo el calor o la ausencia de este (el frío) quienes se encargan de variarlo.
(Existe un cuarto estado llamado Estado de Plasma del que nos ocuparemos más adelante).
En la figura que tienes a continuación vemos en un sencillo esquema los nombres que aplicamos a cada cambio de estado:
Color rojo – por efecto del calor:
Sólido a Líquido: fusión
Líquido a Gaseoso: vaporización
Sólido a Gaseoso (sin pasar por líquido): sublimación
Color azul – por efecto de la ausencia de calor:
Gaseoso a Líquido: condensación
Líquido a Sólido: solidificación
Gas a Sólido (sin pasar por líquido): sublimación
Cambio de estado progresivos y regresivos
Llamamos cambios de estado progresivos a los que se producen por absorción de calor: fusión, vaporización y
sublimación progresiva.
Llamamos regresivos a los cambios de estado producidos cuando pierden calor: condensación, solidificación y
sublimación regresiva.
Calor latente de fusión
Cuando una sustancia en estado sólido absorbe calor, su temperatura aumenta, pero sucede que hay un momento en el
que la temperatura permanece igual hasta que todo el cuerpo se haya fundido, a pesar de estar cediéndole calor.
Cuando todo el sólido ha pasado a líquido vuelve a aumentar su temperatura al darle calor.
Si tomas un trozo de hielo a 5º bajo cero y le proporcionas calor notarás que la temperatura pasará a -4º, luego a -3º
y así hasta 0º.
Verás que continuando con la cesión de calor cuando se encuentra a 0º, su temperatura no sigue subiendo hasta el
momento en el que todo el hielo ha pasado al estado líquido y ahora su temperatura volverá a subir.
Llamamos calor latente de fusión a la cantidad de calor necesaria para que TODA la masa de una sustancia se haya
fundido.

DANE. 125754005464 NIT: 901359779-9
Sucede también que si tienes agua en estado líquido y le aplicas calor llega un momento en el que comienza a evaporarse
y No aumenta su temperatura hasta que todo el líquido no haya pasado al estado gaseoso.
El agua a la altura del mar comienza a hervir a los 100º pero hay un período de tiempo en el que la temperatura no sube
a pesar de aplicarle calor hasta que todo el líquido no haya pasado al estado gaseoso.
En la última figura puedes ver un gráfico en el que la temperatura va subiendo hasta que al llegar a 0º se mantiene
estable durante un período de tiempo y después vuelve a subir (calor latente de fusión) hasta que al llegar a 100º se
mantiene inalterable durante un tiempo con la misma temperatura hasta que todo el líquido no se haya transformado en
vapor (calor latente de evaporación).
¿Por qué llamamos Latente?
La palabra latente procede del latín latens que significa escondido, oculto.
En las fases de fusión y evaporación el calor está oculto o escondido un tiempo no lo podemos medir.
La cantidad de calor que absorbe o cede una cantidad m de sustancia para cambiar de fase viene dada por:
Donde L es el Calor latente, sea de fusion (de solido a liquido) o vaporización (de líquido a gas). El calor latente es un
valor constante, m es la masa.
Sustancia T fusión ºC Lf ·103
(J/kg) T ebullición ºC Lv ·103
(J/kg)
Hielo (agua) 0 334 100 2260
Alcohol etílico -114 105 78.3 846
Acetona -94.3 96 56.2 524
Benceno 5.5 127 80.2 396
Aluminio 658.7 322-394 2300 9220
Estaño 231.9 59 2270 3020
Hierro 1530 293 3050 6300
Cobre 1083 214 2360 5410
Mercurio -38.9 11.73 356.7 285
Plomo 327.3 22.5 1750 880
Potasio 64 60.8 760 2080
Sodio 98 113 883 4220
Ejemplo 1:
Determina la energía térmica necesaria para transformar 40 g de hielo a -10 ºC y a presión atmosférica en vapor de
agua a una temperatura de 100 ºC (Datos: Lfusión_hielo = 80 cal/g ; Lvap_agua = 540 cal/g ; chielo = 2.114 J/g·ºC ; cagua =
4.181 J/g·ºC ).
Solución
Datos
 Masa de agua: m = 40 g
 Temperatura inicial del proceso: Ti = -10 ºC
 Temperatura final del proceso: Ti = 100 ºC
 Lfusión_hielo = 80 cal/g
 Lvap_agua = 540 cal/g
 chielo = 2.114 J/g·ºC

DANE. 125754005464 NIT: 901359779-9
 cagua = 4.181 J/g·ºC
Consideraciones previas
 Recuerda que el calor es una forma de transferencia de energía. La energía térmica necesaría para realizar la
transformación es justamente el calor que hay que suministrar al bloque de hielo en el proceso para que pase
del estado sólido en que se encuentra, a la temperatura de -10 ºC, al estado gaseoso a 100 ºC
 Existen cuatro etapas:
1. Calentamiento del hielo -10 ºC < T < 0 ºC ⇒ Q1
2. Fusión del hielo T = 0 ºC ⇒ Q2
3. Calentamiento del agua 0 ºC < T < 100 ºC ⇒ Q3
4. Ebullición del agua T = 100 ºC ⇒ Q4
 Hay que prestar mucha atención a las unidades del calor latente (variación de entalpía) y del calor específico.
En la ecuación fundamental de la termología usaremos las mismas unidades para las magnitudes
correspondientes para facilitar los cálculos.
Resolución
Q1 :E l calor suministrado en esta etapa viene determinado por la ecuación fundamental de la termología
Q1=m⋅chielo⋅ΔT=40⋅2.114⋅(0−(−10))=845.6 J
Q2: Durante esta segunda etapa la temperatura permanece constante, pero para que se produzca el cambio de estado
hemos de suministrar un calor que viene dado por:
Q2=m⋅Lfusión_hielo=40⋅80=3200 cal
Q3: El calor suministrado en esta etapa viene determinado por la ecuación fundamental de la termología
Q3=m⋅cagua⋅ΔT=40⋅4.181⋅(100−0)=16724 J
Q4: Durante esta cuarta etapa la temperatura permanece constante, pero para que se produzca el cambio de estado
hemos de suministrar un calor que viene dado por:
Q4=m⋅Lvap_agua=40⋅540=21600 cal
Finalmente convertimos Q2 y Q4 a julios (unidades del Sistema Internacional para la energía) y realizamos la suma.
 Q2 = 21600 cal = 21600 cal ·(4.184 J / 1 cal) = 90374.4 J
 Q4 = 3200 cal = 3200 cal ·(4.184 J / 1 cal) = 13388.8 J
Q=Q1+Q2+Q3+Q4=845.6+90374.4+16724+13388.8=121332.8 J
Dicho valor, 121332.8 J, es la energía térmica necesaria para la transformación.
Taller 3: Calor especifico y calor latente
Determina la energía térmica necesaria para transformar 60 g de hielo a -15 ºC y a presión atmosférica en vapor de
agua a una temperatura de 100 ºC (Datos: Lfusión_hielo = 80 cal/g ; Lvap_agua = 540 cal/g ; chielo = 2.114 J/g·ºC ; cagua =
4.181 J/g·ºC ).
BIBLIOGRAFÍA/MATERIAL DE APOYO
Libros:
Hipertexto Física 1, Editorial Santillana.
http://olimpiadasquindio.ddns.net/principal/bibliotecags/Hipertexto%20Fisica%201.pdf
Web:
Escalas de Temperaturas
https://www.visionlearning.com/es/library/Ciencias-
Generales/3/Temperatura/48#:~:text=Hay%20tres%20escalas%20com%C3%BAnmente%20usadas,tal%20com
o%20se%20describe%20enseguida.
Videos:
Conversionesde Temperatura|ºC↔ºF↔K↔ºC
https://www.youtube.com/watch?v=EDxvxc_MOoE
CalorEspecifico ,capacidadcaloríficay calor latente.

DANE. 125754005464 NIT: 901359779-9
https://www.youtube.com/watch?v=V0lWDBAoQJc
No. ACTIVIDADES A DESARROLLAR TIEMPOS
1. Actividad Diagnostica del área de Física 1h
2. Taller 1: Conversión de Temperaturas 2h
3. Taller 2: Calor específico 2h
4. Taller 3: Calor especifico y calor latente 1h
5. Taller: Manejo de Residuos. 1h
CRITERIOS DE EVALUACIÓN/RÚBRICA DE EVALUACIÓN

Fisica

Empfohlen

Empfohlen

Weitere ähnliche Inhalte

Was ist angesagt?

Was ist angesagt? (20)

Ähnlich wie Fisica

Ähnlich wie Fisica (20)

Kürzlich hochgeladen

Kürzlich hochgeladen (20)

Fisica