¨Calor & Temperatura¨

Cuando hablamos del infrarrojo y de la astronomía infrarroja por infrarrojo entendemos una medida de calor (o de radiación térmica). En este módulo vamos a introducir los conceptos de calor y temperatura, transferencia de calor y su detección. También vamos a presentar varios ejemplos de qué podemos aprender detectando el calor y midiendo la temperatura, incluyendo enlaces a diferentes actividades para hacer en clase.

El calor es la energía que tiene un objeto debida al movimiento de sus átomos y moléculas que están constantemente vibrando, moviendose y chocando unas con otras. Cuando añadimos energía a un objeto, sus átomos y moléculas se mueven más deprisa, incrementando su energía de movimiento o calor. Incluso los objetos más fríos poseen algo de calor porque sus átomos se están moviendo.
Cuanta más energía se mete en un sistema, más activas se ponen sus moléculas. Cuanto más rápidas se mueven las moléculas, más energía térmica o calor producen. La cantidad de calor en una sustancia está determinada por qué tan rápido se mueven sus moléculas, que a su vez depende de cuánta energía tiene el sistema.

La temperatura es una medida del calor o energía térmica de las partículas en una sustancia. Como lo que medimos en sus movimiento medio, la temperatura no depende del número de partículas en un objeto y por lo tanto no depende de su tamaño. Por ejemplo, la temperatura de un cazo de agua hirviendo es la misma que la temperatura de una olla de agua hirviendo, apesar de que la olla sea mucho más grande y tenga millones y millones de moléculas de agua más que el cazo.

La temperatura es una medida de la energía media de las moléculas en una sustancia y no depende del tamaño o tipo del objeto.

Diferencia entre calor y temperatura:
El calor es la energía total del movimiento molecular en una sustancia, mientras temperatura es una medida de la energía molecular media.

¿Como detectamos el Calor?

Hay muchas formas de detectar el calor. El método a elegir depende de la fuente de calor; por ejemplo, no es lo mismo detectar el calor del aire, que el del fuego o el de un objeto en el espacio.Todos sentimos diferentes niveles de calor. Nuestra piel es un buen detector de calor que nos permite interpretar el movimiento molecular medio en un objeto como una sensación de frío o calor. Pero nuestra piel no siempre nos da medidas consistentes del calor.

¿Como medimos la temperatura?

Se han inventado muchos instrumentos para medir la temperatura de forma precisa. Todo empezó con el establecimiento de una escala de temperaturas. Esta escala permite asignar un número a cada medida de la temperatura. Para ir de una escala a otra puede usar esta calculadora para convertir temperaturas (Inglés). A la temperatura del cero absoluto no hay movimiento y no hay calor. Es cuando todo el movimiento atómico y molecular se detiene y es la temperatura más baja posible. El cero absoluto tiene lugar a 0 grados Kelvin, -273.15 grados Celsius o -460 grados Farenheit. Todos los objetos tienen una temperatura más alta que el cero absoluto y por lo tanto emiten energía térmica o calor.

Elasticidad y elongacion

FUERZA ELASTICA
Resortes: Los resortes reales se comportan según la siguiente ecuación, conocida como la Ley de Hooke: las tensiones son proporcionales a las elongaciones. Los materiales que responden a esta ley son perfectamente elásticos.

k: magnitud de la fuerza por unidad de elongación, que depende de cada resorte [N/m].

Δx = xf - xo [m]

Tensión o esfuerzo: es la relación entre una carga y la superficie sobre la que actúa. Se considera como tal a la reacción que opone el material de un cuerpo frente a una solicitación externa (de tensión, compresión, cortante) que tiende a producir un cambio en su tamaño o forma.

σ = F/A Þ σ = ε .E

E: módulo de elasticidad del material. [N/m ²; kg/cm ²]

A: sección del material [m ²; cm ²]

Elongaciones: un cuerpo sometido a la acción de fuerzas externas sufre alargamientos o acortamientos en una dirección dada que reciben el nombre de deformaciones.

Deformación específica:
ε = Δl/l Δl: elongación

l: longitud origina

acortamiento ε < 0

alargamiento ε > 0

Dentro del límite de proporcionalidad (σ p), el módulo de elasticidad de un material dado es constante, dependiendo solo de la naturaleza del material.

De 0 hasta a,se llama recta de Hooke. Sin embargo hasta b inclusive, cuando descargamos la pieza recupera su longitud original (entre 0 y b, el material es elástico).

Modulo de Young: es la constancia de la relación entre tensiones y deformación específica.

E = σ / ε = constante

Esta relación es la expresión analítica de la ley de Hooke.

Elasticidad: una deformación se llama elástica cuando desaparece completamente (recuperable) una vez que cesa la causa que la produjo.

Plasticidad: una deformación plástica es aquella que no desaparece (irreversible) con la anulación de la causa. La plasticidad de los materiales esta dada por su capacidad de poder deformarse sin por ello sufrir fractura. Un material es tanto más dúctil cuanto más extendido es su diagrama σ - ε en el sentido del eje ε .

A medida que aumenta la resistencia de los materiales disminuye la deformación específica y por lo tanto su ductilidad. Se dice entonces que el material va ganando en fragilidad.

La maleabilidad como propiedad de los materiales, específicamente metálicos, constituye en realidad una fase de la ductilidad.

Tenacidad: es la capacidad de un material para absorber simultáneamente esfuerzos y deformaciones de consideración sin llegar a la fractura.

Rigidez: es la capacidad de resistir una deformación elástica por efecto de una tensión.

Fluencia: en los materiales tenaces el período plástico comienza teóricamente a partir del punto a (límite de proporcionalidad), que constituye el final del período de proporcionalidad (recta de Hooke). En realidad,el material suele ser elástico, un poco más allá de dicho punto, hasta el punto b (límite de elasticidad).

Sistema De Coordenadas

Un sistema de coordenadas es un conjunto de valores y puntos que permiten definir unívocamente la posición de cualquier punto de un espacio euclídeo o más generalmente variedad diferenciable.
En física se usan normalmente sistemas de coordenadas ortogonales. Un sistema de referencia viene dado por un punto de referencia u origen y una base vectorial ortonormal, quedando así definidos los ejes coordenados.

Un sistema de coordenadas es un conjunto de valores y puntos que permiten definir unívocamente la posición de cualquier punto de un espacio euclídeo o más generalmente variedad diferenciable.
En física se usan normalmente sistemas de coordenadas ortogonales. Un sistema de referencia viene dado por un punto de referencia u origen y una base vectorial ortonormal, quedando así definidos los ejes coordenados.

En un espacio euclídeo un sistema de coordenadas cartesianas se define por dos o tres ejes ortogonales igualmente escalados, dependiendo de si es un sistema bidimensional o tridimensional (análogamente en se pueden definir sistemas n-dimensionales). El valor de cada una de las coordenadas de un punto (A) es igual a la proyección ortogonal del vector de posición de dicho punto () sobre un eje determinado:

Cada uno de los ejes está definido por un vector director y por el origen de coordenadas. Por ejemplo, el eje x está definido por el origen de coordenadas (O) y un versor () tal que:
, cuyo módulo es .
x_\text{A} = {\text{OA} \cdot \mathbf {i} \over \text{OA} \cdot \mathbf{i}} = El valor de la coordenada x de un punto es igual a la proyección ortogonal del vector de posición de dicho punto sobre el eje x.