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10para cada material, nos indica la capacidad que tiene un cuerpo para variar suvolumen al aumentar o disminuir su temperatura y se ha demostrado quenuméricamente el valor de éste coeficiente es tres veces mayor que el valor delcoeficiente de dilatación lineal. V V0 T 3 EJERCICIOS:1.- Calcular el área final que tendría la plataforma de acero de un tráiler, cuyasuperficie es de 15.4 m2 a una temperatura de 13 o C, al transportar su carga de laciudad de Toluca a Culiacán en un día cuya temperatura se eleva hasta 48 o C.2.- Un frasco de vidrio de 1.5 litros, se llena completamente conmercurio a una temperatura de 18º C y se calienta hasta 100 º C ¿Cuántomercurio se derrama del frasco?3.- Una placa rectangular de plomo tiene un área de 5 m 2 a 290 K. ¿Cuál será sesuperficie final 30 C?

11CONSIDERACIONES PRÁCTICAS:El conocimiento de estos tipos o formas de dilataciones quesufren los sólidos, ha sido de gran utilidad sobre todo en el área de la construcción.Como la temperatura ambiente cambia de forma continua durante el día, cuandose construyen vías de ferrocarril, puentes de acero, estructuras de concretoarmado, y en general cualquier estructura rígida, se deben dejar huecos oespacios libres, llamados juntas de dilatación, que permitan a los materialesdilatarse libremente para evitar rupturas o deformaciones que pongan en peligro laestabilidad de lo construidoDILATACIÓN IRREGULAR DEL AGUAPor otra parte, los líquidos también se dilatan siguiendo las mismas leyesde dilatación que los sólidos (En la dilatación de gases se debe tomar en cuenta,además de la temperatura y volumen, la presión).El agua no cumple con las leyes de la dilatación. Al aumentar sutemperatura de 0oC a 4 ºC se contrae en lugar de dilatarse, después al continuaraumentando la temperatura se empieza a dilatar, por lo que se consideran los 0oCa 4 ºC como la temperatura en la que el agua alcanza su mayor densidad.Debido a este comportamiento el hielo flota sobre el agua, ya que ladensidad de ésta varía al incrementarse la temperatura. Un ejemplo lo tenemos enlos lagos y mares de lugares muy fríos: el hielo queda en la superficie y, debajo deél encontramos agua a 4 ºC, lo que permite la vida de plantas y animalesenesas regiones de aguas congeladas. En la siguiente figura se pueden observarlos tres estados físicos del agua:a) Aire frío (gas) a menos 20ºC.b) Hielo (sólido) a 0oC.c) Agua (líquido) a 4 oC.

12CALORIMETRIACotidianamente estamos en contacto directo con los cuerpos de diferentestemperaturas, somos capaces de establecer diferencias entre lo caliente y lo frío,pero no podemos determinar la cantidad de calor que poseen los cuerpos por elsimple contacto con ellos, necesitamos de algo más. Así como la Termometríanos muestra las escalas para la medición de la temperatura, la Calorimetría nosmuestra las unidades para cuantificar el calor.La calorimetría es la rama de la física que estudia la medición de lascantidades de calor, ó sea las cantidades de energía que intervienen en losprocesos térmicos. La unidad de calor apropiada en el sistema S.I. es el Joule. Sinembargo se utiliza todavía con mucha frecuencia: la caloría, el BTU, Kcal y losergios.Cuando dejas un bate de aluminio de béisbol al sol, al quererlo tomar losueltas inmediatamente? Porque está caliente y te quemas la mano. ¿Qué fue loque sucedió? El bate incrementó su temperatura por el tiempo que estuvoexpuesto al sol.¿Pasaría lo mismo si fuera de otro material? Cada materialposee diferentes capacidades de incrementar su temperatura, en relación con eltiempo de exposición a la fuente de calor.Capacidad Calorífica. Es la relación del calor suministrado con respecto alcorrespondiente incremento de temperatura del cuerpo.C Q TCuando el calor fluye a un objeto, su energía térmica se incrementa al igualque su temperatura, en relación con su tamaño y el material con que está hecho.Los valores constantes que nos permiten determinar estas cantidades de calor, seconocen como calor específico del material.

13El calor especifico, es la cantidad de calor necesaria para elevar un gradola temperatura de una unidad de masa.Ce Qm TEJERCICIOS1.- Un bloque metálico se encuentra inicialmente a una temperatura de 30 C. Alrecibir una cantidad de calor de 390 calorías. ¿Cuál es el valor de la capacidadtérmica?2.- Un bloque de vidrio cuya masa es de 180 g y se sabe que su capacidadtérmica es de 36 cal/ C. ¿Cuál es el valor del calor específico del vidrio?3.- En una esfera de metal se encontró que su masa es de 15 g. Y su cantidad decalor es 8.5 cal y su diferencia de temperatura es de 10 C.¿Cuál es el valor del calor específico?¿De qué material es la esfera? (Ya que obtengas el resultado de la preguntaanterior, localiza el material en la tabla de Calores Específicos.)

144.- Un bloque de cobre cuya masa es de 250g, absorbe calor y su temperatura seeleva de 20 C a 150 C. ¿Cuál es la cantidad de calor absorbida por el bloque?5.- Calcular las calorías de un cuerpo que absorbió 2000J. ¿A cuántos BTUequivalen?6.- Un acondicionador de aire extrae 5200 BTU de una habitación caliente. ¿Acuánto equivale dicha energía en Joules?7.- ¿Cuál es el calor específico de un cuerpo cuya masa es de 400 gr? Si senecesitan 0.090 KCal para elevar su temperatura de 15 C a 18 C8.- Cierta cantidad de cobre absorbe 4000 cal de energía y su temperaturaaumenta un total de 80 C. Determina la masa.

15CAMBIOS PROVOCADOS POR EL CALORCuando proporcionamos calor a un cuerpo y se eleva su temperatura, yasabemos que hay un aumento en la energía de agitación de sus átomos. Esteincremento hace que la fuerza de cohesión de los átomos se altere, ocasionandomodificaciones en su organización y separación. La absorción de calor por partede un cuerpo puede provocar en él, un cambio de fase. Los cambios de fase ocambios provocados por el calor que pueden ocurrir en una sustancia, recibendenominaciones especiales. Fusión: cambio de sólido a líquido. Solidificación: cambio de líquido a sólido. Vaporización: cambio de líquido a gas. Condensación (o licuefacción): cambio de gas a líquido. Sublimación: Cambio directo de sólido a gas o de gas a sólido sin pasar por elestado líquido.SUBLIMACIÓNSÓLIDOLÍQUIDOGASSOLIDIFIC IÓN

16Calor Latente de fusión (Lf ), es el calor por unidad de masa necesariopara cambiar la sustancia de la fase sólida a la líquida a su temperatura de fusión.LF QmEl término latente, surge del hecho de que la temperatura permanececonstante durante el proceso de fusión.El calor latente de vaporización (Lv)., es el calor por unidad de masanecesario para cambiar la sustancia de líquido a vapor a su temperatura deebullición.QLv mLf calor latente de fusión (Cal/g C)Lv calor latente de vaporización (Cal/g C)Q cantidad de calor (Cal)m masa (g)EJERCICIOS1.- ¿Qué cantidad de calor se necesita para transformar 50 g de hielo de -5 oCa vapor a 100oC? Especifica las calorías necesarias para cada cambio de Estado.2.- Si 4 Kilogramos de mercurio se encuentran a la temperatura ambiente y sedesean transformar a vapor a 358 C. ¿Cuánto calor se requiere aplicar?3.- Determina la cantidad de calor que se requiere para transformar agua de 15 Ca vapor a 100 C.

17PROPIEDADES DE LOS GASESLa construcción y manejo de un globo para desfiles requiere conocimientode las Leyes de los Gases. Antes de construir éste globo se determina suvolumen. Conociendo el volumen preciso del globo, los ingenieros calculan lamasa de una mezcla aire-helio necesario para inflarlo y mantenerlo a volumenconstante y a una temperatura dada. ¿Qué factores deben tomarse en cuentapara el llenado de éste globo en diferentes épocas del año?¡BÁJENLO!Un gas se caracteriza, fundamentalmente por carecer de una forma definiday ocupar todo el volumen del recipiente que lo contiene, esto se debe a que susmoléculas están muy separadas una de las otras. Los gases están constituidospor moléculas independientes como si fueran esferas elásticas en constantemovimiento, chocando entre sí y contra las paredes del recipiente que loscontiene. Si la temperatura de un gas aumenta, la agitación de sus moléculas seincrementa y en consecuencia se eleva la presión. Pero, si la presión permanececonstante, entonces aumentará el volumen ocupado por el gas. Por otra parte, siun gas se comprime, se incrementan los choques entre sus moléculas y, por lotanto, se eleva la cantidad de calor producida.Todos los gases pueden pasar a tener un estado líquido si se les comprimea una temperatura inferior a su temperatura crítica, y se les llama gases licuados.Por ejemplo, en los tanques de gas butano que usan en tu casa, en los dirigibles,en los tanques de oxígeno líquido usados en los talleres para soldar, en lostanques de oxígeno usados en los hospitales, en el envasado de refrescos, en losaerosoles (desodorantes, pinturas, fijadores de cabello, etc.).Los gases se dilatan 1/273 de su volumen inicial cada vez que sutemperatura aumenta un grado centígrado o en un grado Kelvin (cuyas divisionestienen la misma magnitud), por lo que se considera el valor 1/273 como elcoeficiente de dilatación de los gases. Dado que en el S.I. las temperaturas deestos se miden en Kelvin.

18Para determinar el estado de un gas se deben considerar tres magnitudesfísicas para una masa dada en un gas: presión, volumen y temperatura. Lasleyes que rigen esta transformación son:(T Cte.)BOYLEVP(P Cte.) CHARLESGAY-LUSSAC (V Cte.)TEn base al diagrama anterior, cuando un gas es sometido a unatransformación en la cual su temperatura se mantiene constante, se dice que éstaes una transformación isotérmica, y solo observamos variaciones en su presión ysu volumen.En 1662, el inglés Robert Boyle, que es considerado el padre de la químicamoderna, llevó a cabo un estudio de los gases respecto a los cambios de suvolumen, como consecuencia de las variaciones en la presión aplicada,enunciando la siguiente ley que lleva su nombre: “Cuando la temperatura de unamasa dada de un gas permanece constante, el volumen ocupado por un gases inversamente proporcional a la presión aplicada”La definición de la Ley de Boyle significa que cuando un gas se puede dilataro contraer, la presión dentro del gas varía en proporción inversa con el volumen; esdecir, si se duplica el volumen, la presión baja a la mitad, y viceversa.P1 V 1 P 2 V2

19EJERCICIOS1.-Una masa de helio contenida en un globo de 0.4 m 3, soporta una presión deN49 x 10- 5 2 en su estado inicial. ¿Cuál será su volumen al duplicar lampresión?2. ¿A qué presión se encontrará un gas confinado a un volumen de 2.6 m 3?, sisu presiónNes de 5 x 105y su volumen es de 1.0 m3 a temperatura constante.2mEl primero en hacer mediciones acerca de los gases que se expanden alaumentar su temperatura fue el científico francés Jacques Alexandre CésarCharles, aproximadamente en 1787, y enunció una ley que lleva su nombre:“Para una masa dada de un gas cualquiera, el volumen que ocupa esdirectamente proporcional a su temperatura si la presión se mantieneconstante”Matemáticamente esta ley se enuncia como:V1 V2 T1 T2

20EJERCICIOS:1.-¿Qué volumen ocupará un gas ideal a una temperatura de 70 o C, confinado enuna llanta de, si a 7o C ocupa un volumen de 0.6 m3?.2.- El gas de un globo aerostático, ocupa un volumen de 3 m3 a una temperaturade 25 oC, ¿A cuántos grados centígrados alcanzará los 5 m 3, si se mantiene elsistema a presión constante?El científico francés Joseph Louis Gay – Lussac, aproximadamente en 1802, encontró la relación existente entre la temperatura y la presión de un gascuando el volumen del recipiente que lo contiene permanece constante, a travésde la siguiente ley que lleva su nombre: Si el volumen de una masa dada de ungas permanece constante, las presiones ejercidas por éste sobre las paredesdel recipiente que lo contiene son proporcionales a sus temperaturasabsolutas.P1 P2 T1 T2EJERCICIOEl gas confinado en un tanque de buceo, se encuentra a la presión absoluta de2.21 atmósferas a latemperatura ambiente de 30 C, ¿ Qué temperaturaadquiere si se le somete a una presión absoluta de 3.1 atmósferas?a. En grados Kelvinb. En Centígrados grados

21En el comportamiento de los gases,se tiene un valor constante cuyadeterminación se la debemos al Físico italiano Amadeo Avogadro, quien en 1811 formulóuna hipótesis para el número de moléculas de un gas confinado en un recipiente: setoman dos porciones de gases diferentes y se colocan en dos recipientes de igualvolumen a la misma temperatura y presión y el número de moléculas de cada recipientedebe ser el mismo. Numerosos experimentos han demostrado esta ley.La Ley de Avogadro establece:” Volúmenes iguales de gases diferentes ala misma presión y temperatura, contienen el mismo número de moléculas”. Elvalor del número de Avogadro, fue determinado por Jean-Baptiste Perrin, y es unacantidad constante para todos los gases, muy útil en los cálculos realizados en lasreacciones químicas.NÚMERO DE AVOGADROPara volúmenes iguales de gases diferentes en condiciones normales de presión y temperatura( 1 atm y 273 K), el número de moléculas es:2323 x 10 por cada mol de cualquier gas.ECUACIÓN DEL ESTADO DEL GAS IDEALEs un gas hipotético que permite hacer consideraciones prácticas que facilitanlos cálculos matemáticos. Se caracteriza por que sus moléculas están muyseparadas unas de otras, razón por la cual carecen de forma y ocupan el volumendel recipiente que lo contiene y son sumamente compresibles debido a la mínimafuerza de cohesión entre sus moléculas.Las propiedades de los gases tienen muchas aplicaciones en la industria.

22LEY GENERAL DEL ESTADO GASEOSOCon base en las leyes de BOYLE, CHARLES y GAY LUSSAC, se estudia ladependencia existente entre dos propiedades de los gases, conservándose lasPVdemás constantes, esto parte de la consideración que la relación, seráTsiempre constante.LEY GENERAL DEL ESTADO GASEOSOEl volumen ocupado por la unidad de masa de un gas, es directamente proporcional asu temperatura absoluta, e inversamente proporcional a la presión soportada.Y se representa.P1V1 P2V2 T1T2Donde P1,V1,T1 pueden considerarse como las condiciones del estado inicial y( P2, V2 yT2 ) las condiciones del estado final. Por lo tanto la Ley General de EstadoGaseoso establece que para una masa dada de un gas, su relación PV siempreTserá constante.EJERCICIOS1. Calcular el volumen que ocupará 75 L de aire a 4 atm y 100 ºC , que se pasan acondiciones normales (presión 1 atm, temperatura 0 ºC )2. Una masa de hidrógeno gaseoso ocupa un volumen de 3 L. a una temperaturade 42 ºC y una presión absoluta de 684 mm de Hg. ¿ Cuál será su presiónabsoluta si su temperatura aumenta a 58 ºC y su volumen es de 3.5 L ?

233.- Un gas que está dentro de un recipiente de 6 litros se le aplica una presiónabsoluta de 1265 mm de Hg y su temperatura es de 14 ºC. ¿Cuál será sutemperatura si ahora recibe una presión absoluta de 940 mm de Hg y su volumenes de 4.8 L?GAS IDEALUn gas ideal es un gas hipotético (modelo perfecto) que permite hacer consideracionesprácticas que facilitan algunos cálculos matemáticos. Se le supone conteniendo un númeropequeño de moléculas, por tanto, su densidad es baja y su atracción intermolecular es nula.Debido a ello, en un gas ideal el volumen ocupado por sus moléculas esmínimo en comparación con el volumen total, por este motivo no existe atracciónentre sus moléculas. Es evidente que en caso de un gas real sus moléculasocupan un volumen determinado y existe atracción entre las mismas. Sinembargo, en muchos casos estos factores son insignificantes y el gas puedeconsiderarse como ideal.LA CONSTANTE UNIVERSAL DE LOS GASESDe la Ley General del Estado Gaseoso sabemos que: El valor de K se encuentradeterminado en función del número de moles(n) del gas en cuestión:PV n R Tn mPMDonde:m masa del gasPM peso molecular del gasP presión absoluta a la que se encuentra el gas. (atm)V volumen ocupado por el gas. (m3)n número de moles del gas. (mol)T temperatura absoluta. (K)R es la constante Universal de los gases. (8.314J/mol K)R 0.0821atmLmolK

24EJERCICIOS1. ¿Qué volumen ocuparán 7 moles de bióxido de carbono (CO2)temperatura de 36 ºC y 830 mm de Hg?a una2. Una masa de hidrógeno gaseoso (H2) ocupa un volumen de 180 litros en undepósito a una presión 0.9 atmósferas y una temperatura de 16 ºC. Calcular:a) ¿Cuántos moles de hidrógeno se tienen?b) ¿A qué masa equivale el número de moles contenidos en el depósito?3. ¿Cuántos moles de gas helio (He) hay en un cilindro de 8 litros, cuando lapresión es de 2.5 x105 N/m² y la temperatura es de 37ºC ? ¿Cuál es la masadel helio.

25EJERCICIOS PROPUESTOS1. Un tanque de buceo se considera un recipiente hermético, si lo llenamos con2m3 de aire comprimido a una presión de 764 Pa a una temperaturaambiente de 29 oC. ¿Qué presión soportaría si la temperatura disminuyea 22 oC?R. P2 746.291 Pa2. La presión que actúa sobre 0.63 m3 de un gas a 28 oC, se mantieneconstante al variar su temperatura hasta 34 oC . ¿Qué nuevo volumenocupará el gas?R. V2 0.642 m33. En el manómetro de un tanque de gas, con émbolo móvil, de 200 L, se leeuna presión de 2000 KPa. en un día de verano cuya temperatura es de 36ºC. ¿Cuál será su volumen en un día de invierno a una temperatura de 12ºC, si la presión disminuye a 1060 KPa? R. V 348.049 L.4. Un tanque de 30 L. contiene una muestra de un gas bajo una presiónabsoluta de 3x105 N/m² y una temperatura de 48 ºC. ¿Cuánto aumentará lapresión si la misma muestra de gas se coloca en un recipiente de 10 litros yse enfría hasta unatemperatura de10 ºC?5R. P 7.934 x 10 Pa5.- ¿Qué volumen ocupan 2 moles de un gas en condiciones normales?Respuesta: V 44.826 L.

266.- ¿Cuántas moléculas hay en 1 cm3 de gas en condiciones normales ?(N.A 6.023 X1023 moléculas/mol )RESPUESTA. n 4.461x10-5 moln 26.868 x 1018 moléculas7.- ¿Cuántos gramos de oxígeno ocupa un volumen de 2300 L. a una presión deg2 atm y 190 ºC ? ( PM del oxígeno es de 32).molRespuesta: m 3872.416 g8.- ¿Cuál es la masa molecular de 2694 g. que tiene un volumen de 1600 L. a unapresión de 2 atm y una temperatura de 190 ºC ?gRespuesta: m 32mol9.- ¿Calcular el volumen ocupado por 8 g. de oxígeno en condiciones normales?Respuesta: V 5603.325 cm310.- Un tanque de 690 L. de volumen, contiene oxigeno a 30 ºC y 5 atm depresión. Calcular la masa del oxígeno en el tanque.

27CONEXIONESAgujeros en la capa de ozonoEl químico estadounidense de origen mexicano Mario Molina Henríquez,egresado de la UNAM, denunció en 1974 el peligro de que los clorofluocarbonospudieran dañar la ozonosfera (capa de ozono situada entre los 15 y 30 km dealtitud). Entre las sustancias más dañinas está el freón, que se utilizaba comorefrigerante, como formador de burbujas en el proceso de fabricación de espumasplásticas y com

CALOR Y TEMPERATURA La sensación de calor o de frío está estrechamente relacionada con nuestra vida cotidiana, es decir, con nuestro entorno; sin embargo el calor es mucho más que eso. Entre los años de 1 600 a 1 700, toda Europa vivió una pequeña era glacial cuando la temperatura fue más baja que en otros periodos de los últimos mil .