UNIVERSIDAD DE ANTIOQUIA FACULTAD DE EDUCACIÓN
DEPARTAMENTO DE LAS CIENCIAS Y LAS ARTES LICENCIATURA EN MATEMÁTICAS Y FÍSICA FÍSICA DE LOS MEDIOS CONTINUOS
TALLER SOBRE: TEMPERATURA, ESCALAS DE TEMPERATURA Y EXPANSIÓN TÉRMICA 1. ¿Tiene sentido decir que un cuerpo está dos veces más más caliente que otro? Explique. 2. Si se coloca un termómetro directamente directamente al Sol, ¿mide ¿mide la temperatura del aire, del Sol o de otra cosa? Explique. 3. ¿Qué temperatura tiene el vacío? vacío? Explique 4. ¿Qué significa afirmar que un material tiene una una capacidad calorífica específica grande o pequeña? 5. Cómo es la capacidad capacidad calorífica específica específica de las sustancias que se calientan rápidamente: grande o pequeña? Explique. 6. Si se calienta un bloque con con un agujero, ¿por ¿por qué el material que rodea el agujero no se expande hacia él haciéndolo más pequeño? 7. Muchos motores de coche tienen cilindros de de hierro colado y pistones de aluminio. ¿Qué tipos de problemas pueden ocurrir si el motor se sobrecalienta? (el coeficiente de expansión de volumen del hierro colado es similar al del acero). 8. Dos cuerpos del mismo material material tienen las mismas dimensiones dimensiones y aspectos exteriores, pero uno está hueco y el otro no. Si se aumenta su temperatura, ¿su expansión de volumen es la misma o distinta? ¿Por qué? 9. Los espejos de telescopio deben conservar conservar su forma curva precisa para producir imágenes enfocadas. Explique por qué esto obliga a hacer los espejos de los telescopios grandes no de vidrio sino de materiales similares a él con coeficiente de expansión térmica muy bajo. 10. ¿Por qué se revientan las tuberías de agua congelada? ¿Se rompería un termómetro de mercurio a temperaturas por debajo del punto de congelación del mercurio? Explique. 11. Un artículo sobre el clima dice que “la temperatura de un cuerpo mide cuánto calor contiene el cuerpo”. ¿Es correcta esta descripción? Explique. 1m 2 12. Una estudiante dijo que 2 es una unidad apropiada para la capacidad s º C calorífica. ¿Tiene razón? Explique.
TERMÓMETROS Y ESCALAS DE TEMPERATURA 13. a. Usted se siente mal y le dicen que tiene una temperatura de 105ºF. ¿Qué temperatura tiene en ºC? ¿Debe preocuparse? b. El informe matutino del tiempo en Dretroi cita una temperatura de 53.6ºF. ¿Cuánto es esto en ºC? 14. Cuando EE.UU. finalmente haga la conversión oficial a unidades métricas, la escala de temperatura Celsius reemplazará a la Fahrenheit para uso cotidiano. Calcule las temperaturas Celsius que corresponden a (a) un día de otoño en St. Louis (45,0ºF); (b) un día caluroso en Arizona (101,0ºF); (c) un día de invierno en el norte de Minnesota (-5,0ºF) 15. Convierta las siguientes temperaturas Celsius a Fahrenheit: (a) –62,8ºC, la temperatura más baja registrada en Norteamérica (el 3 de febrero de 1947 en
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Snag, Yukon); (b) 56,7ºC, la temperatura más alta registrada en EE.UU. (el 10 de julio de 1913, en el Valle de la Muerte, California); (c) 31,1ºC, la temperatura media anual más alta del mundo (Lugh Ferrandi, Somalia). 16. El punto de ebullición normal del nitrógeno es –195,81ºC. Calcule esta temperatura en escala Kelvin. 17. Convierta las siguientes temperaturas récord a la escala Kelvin: (a) la temperatura más baja registrada en los 48 estados contiguos de EE.UU. (-70,0ºF en Roger Pass, Montana, el 20 de enero de 1954); (b) la temperatura más alta en Australia (127,0ºF en Cloncurry, Queensland, el 16 de enero de 1889); (c) la temperatura más baja registrada en el hemisferio norte (-90,0ºF en Verkhoyansk, Siberia, en 1892).
EXPANSIÓN TÉRMICA 18. El puente Humber de Inglaterra tiene la arcada individual más largo del mundo (1410m). Calcule el cambio de longitud de la cubierta de acero de la arcada si la temperatura baja de 25,0ºC a –3,0ºC. 19. La varilla del péndulo de un reloj es de aluminio. Calcule su cambio fraccionario de longitud si se enfría de 22ºC a 5ºC. 20. Un centavo de dólar tiene 1,9cm de diámetro a 20ºC, y está hecho de una aleación (principalmente cinc) con un coeficiente de expansión lineal de 2,6x10 5 -1 k . Diga qué diámetro tendría (a) en un día especialmente caliente en el Valle de la muerte (57ºC); en un día particularmente frío en las montañas de Groenlandia (-66ºC). 21. Fricción del aire y expansión térmica. El avión supersónico Concorde (hecho principalmente de aluminio) tiene 62,1m de largo en la pista en un día ordinario (15ºC). Volando al doble de la rapidez del sonido, la fricción con el aire calienta la superficie del Concorde y alarga al avión 25cm. (La cabina de pasajeros está sobre rodillos; el avión se expande a su alrededor.) ¿Qué temperatura tiene la superficie del Concorde en vuelo? 22. Una varilla metálica tiene 30cm de largo a 20ºC, y 30,019cm a 45ºC. calcule el coeficiente medio de expansión lineal de la varilla en este intervalo de temperatura. 3 23. Un frasco de vidrio con volumen de 1000cm a 0ºC se llena con mercurio a esta temperatura. Si el frasco y el mercurio se calientan a 80ºC, se derraman 12,5cm 3 de mercurio. Si el coeficiente de expansión de volumen ( β ) del mercurio es de -5 -1 18x10 k , calcule β para el vidrio. 3 24. Un tanque subterráneo de 2200L (2,2m ) se llena con etanol a 19ºC. una vez que el etanol se enfría a la temperatura del tanque y el suelo (10ºC), ¿cuánto espacio de aire habrá sobre el etanol en el tanque? (suponga que el volumen del tanque no cambia). 2 25. El área transversal de una varilla de acero es de 5,4cm . ¿Qué fuerza debe aplicarse a cada extremo para impedir que se contraiga al enfriarse de 120ºC a 20ºC? 26. (a) Un alambre con longitud de 3m a 20ºC se alarga 1,7cm al calentarse a 420ºC. calcule su coeficiente medio de expansión lineal para este intervalo de temperatura. (b) El alambre se tiende sin tensión a 420ºC. Calcule el esfuerzo en
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él si se enfría a 20ºC sin permitir que se contraiga. El módulo de Young del 11 alambre es de 2x10 Pa. 27. Se tienden rieles de acero en segmentos de 12m de largo colocados uno tras otro en un día de invierno en que la temperatura es de –6ºC. (a) ¿Cuánto espacio debe dejarse entre rieles adyacentes para que apenas se toquen en verano cuando la temperatura suba a 37ºC? (b) Si los rieles se tienden en contacto, ¿a qué esfuerzo se someterán un día de verano en el que la temperatura sea de 37ºC?
