Temperatura

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Parte1

Físico teórico - experimental


Calor

Es una forma de energía en transición o en movimiento debido a la agitación de los elementos o componentes (átomos y moléculas) de todo lo que existe y se mide en unidades de energía ( Jules [J] ).

Densidad

Es la cantidad de masa o materia que ocupa un determinado volumen. Sus unidades son [kg/m3]

Temperatura

Es una magnitud física que refleja la cantidad de calor alcanzada o almacenada por los cuerpos, objetos o del medio ambiente. Está relacionada con la energía contenida en los sistemas, de acuerdo al movimiento de sus partículas y mide la actividad de las moléculas de la materia. Se mide en unidades de temperatura relativa en grados Celsius [ºC] y grados Fahrenheit [ºF] así como en unidades abSolutas en grados Kelvin [K].

Temperatura atmosférica [+]

Zonas térmicas de la Tierra [+]

Albedo [+]

Termómetro [+]

Cambio climático y alternativas inteligentes [+]


Parte2

Digital


Arduino:

Arduino es una plataforma electrónica de código abierto (open-source) basada en hardware y software flexibles y fáciles de usar, para la implementación sencilla de prototipos. Está pensado para artistas, diseñadores, estudiantes y para cualquier otra persona interesada en crear objetos o entornos interactivos.

Sensor:

Dispositivo eléctrico y/o mecánico que convierte magnitudes físicas (luz, magnetismo, presión, etc.) en valores eléctricos medibles por una computadora.

Diagramas de flujo [+]

Estructura básica de un programa [+]

Variables y tipos de datos [+]

Comunicación serial entre Arduino y computadora [+]

Entradas y salidas digitales [+]

Partes del programa de Arduino [+]

Diagrama de flujo “Mi primer programa” [+]

Uso de una probotoboard [+]

Librerías en Arduino [+]

Sensor de temperatura del aire DHT22 [+]

Código de funcionamiento [+]


Parte1

Físico teórico - experimental


Calor

Es una forma de energía en transición o en movimiento debido a la agitación de los elementos o componentes (átomos y moléculas) de todo lo que existe y se mide en unidades de energía ( Jules [J] ).

Densidad

Es la cantidad de masa o materia que ocupa un determinado volumen. Sus unidades son [kg/m3]

Temperatura

Es una magnitud física que refleja la cantidad de calor alcanzada o almacenada por los cuerpos, objetos o del medio ambiente. Está relacionada con la energía contenida en los sistemas, de acuerdo al movimiento de sus partículas y mide la actividad de las moléculas de la materia. Se mide en unidades de temperatura relativa en grados Celsius [ºC] y grados Fahrenheit [ºF] así como en unidades abSolutas en grados Kelvin [K].

Temperatura atmosférica [+]

La temperatura del aire es un elemento termodinámico del clima que varía respecto a la altitud (gradiente térmico = 0.65 °C por cada 100 metros) y latitud geográfica (zonas térmicas de la Tierra) . Su valor contribuye a determinar las condiciones medias de la atmósfera.

La temperatura en un punto cualquiera de la superficie terrestre viene determinada por el calor almacenado, que, a su vez depende del flujo de calor almacenado en ese punto [entradas = radiación Solar y salidas = radiación terrestre]. Es importante mencionar que la temperatura de la superficie terrestre se refiere a la temperatura media del aire medida con termómetros.

El calor que percibimos procede del Sol, una estrella situada a 149 millones de kilómetros de la Tierra. Al igual que las demás estrellas, el Sol es una enorme bola de gases muy calientes que desprende calor, luz y otras formas de energía. Solamente una pequeña parte de esa energía llega hasta nosotros, pero es suficiente para iluminar y calentar nuestro planeta.

Los principales procedimientos de transmisión de calor en la atmósfera son los siguientes:

Radiación Propagación de energía en forma de ondas electromagnéticas o partículas subatómicas a través del vacío o de un medio material.
Convección El calor contenido en el aire se traslada con éste y sus movimientos
Evaporación Cuando el agua líquida se convierte en vapor, este calor se traslada con el vapor hasta que éste se convierte de nuevo en agua líquida.

En el interior del Sol se llevan a cabo muchas reacciones que liberan enormes cantidades de calor y este se transporta en forma de radiación a altísimas velocidades (300,000 Km/s) y la Tierra capta una pequeña parte de esa radiación que a su vez mantiene todos los procesos atmosféricos y todas las formas de vida sobre la Tierra.

Ultravioleta Longitudes de onda entre 0.1 y 0.4 micrómetros y junto con los rayos Gamma y X representan el 9% de la radiación Solar.
Visible Longitudes de onda entre 0.4 y 0.78 micrómetros y representan el 41% de la radiación Solar..
Infrarrojos Longitudes de onda entre 0.78 y 3 micrómetro representanel 50% de la radiación total.

Zonas térmicas de la Tierra [+]

La radiación Solar es absorbida por la superficie de la Tierra y la atmósfera y a su vez se emite de regreso al espacio. La Tierra y su atmósfera están continuamente absorbiendo y emitiendo energía. la energía absorbida es igual a la energía emitida formando así un equilibrio.

Los rayos del Sol le llegan de distinta forma a la Tierra siendo la inclinación la culpable de la cantidad de energía que absorbe la Tierra, como se puede observar, en los polos es donde las ondas de radiación pasan rozando y en el ecuador es donde inciden directamente. Además de la inclinación de los rayos, existe otro factor determinante para la absorción de energía de la Tierra y se llama ALBEDO

La temperatura del aire es un elemento termodinámico del clima que varía respecto a la altitud (gradiente térmico = 0.65 °C por cada 100 metros) y latitud geográfica (zonas térmicas de la Tierra) . Su valor contribuye a determinar las condiciones medias de la atmósfera.

Las zonas térmicas están determinadas por la traslación de la Tierra y la inclinación del eje terrestre, así, de acuerdo con la latitud se registran tres grandes zonas con diferencias en temperatura.

Zona cálida o tropical: se encuentra entre el Trópico de Cáncer y el Trópico de Capricornio entre las latitudes 23°N y 23°S. Es la más calurosa del planeta.

Zona templada: se registran dos zonas templadas, delimitadas por los trópicos y el círculo polar norte y sur, entre las latitudes 23°N y S y 66° N y S. La temperatura es media.

Zona fría: se registran dos zonas frías en los círculos polares Ártico y Antártico. La temperatura es la más fría del planeta.

Albedo [+]

Es la capacidad de los cuerpos de reflejar una porción de la radiación Solar que incide sobre ellos y depende de su propia naturaleza, uno de los determinantes es el color, un ejemplo, es la arena, la de color blanco refleja gran parte de la energía luminosa que le llega antes de que se transforme en calor, mientras que la de color negro absorbe las radiaciones y las convierte en calor.

Esta propiedad es determinante para la absorción de energía en la Tierra ya que el aire de las regiones con suelos oscuros se calienta más que el de las regiones arenosas o de las montañas nevadas. Por lo tanto, mantener un clima cálido o fresco en un ambiente determinado, depende de qué tanta radiación absorbe. En este sentido, si disminuyen las zonas blancas de la Tierra (glaciares de los polos norte y sur) se acelera el aumento de calor y temperatura del aire; esto es lo que se conoce como calentamiento global.

Termómetro [+]

Es el instrumento con el que se mide la temperatura proveniente del vocablo griego thermos y metron que significa medida del calor.

Antecedentes del termómetro

Galileo Galilei, astrónomo y físico italiano, jefe de Matemática en la Universidad de Padua, considerado uno de los padres de la ciencia moderna. En 1592 diseñó básicamente en un tubo de vidrio vertical, cerrado por ambos extremos, que contiene agua en la que se encuentran sumergidas varias esferas de vidrio cerradas, cada una de las esferas contiene, a su vez, una cierta cantidad de líquido a diferentes densidades. Sin una escala de medición, le llamamos termoscopio e Incluso el hecho de utilizar agua, fue un problema, ya que llegado a un punto, ésta se congelaba.

Por lo cual fue reemplazado por el alcohol, que no se congela tan fácil, lo que le dio el nombre de termómetro de “espíritu de vino” por la mezcla de agua y alcohol. Fue Santorre Santorio, también llamado Sanctorius de Padua, un fisiólogo, físico y profesor italiano, quien en 1612, introdujo una graduación numérica al invento de Galileo y le dio un uso en medicina, utilizando por primera vez este instrumento para medir la temperatura humana. Para lo cual diseñó ingeniosos instrumentos, uno de los que construyó, consistía en un tubo con aire sumergido en un contenedor con alcohol, este tubo presenta en la superficie exterior un sistema de graduación que permitía apreciar el grado de dilatación estableciendo mediciones comparativas. Lamentablemente, el termoscopio de Santorio era poco exacto.

En 1641, Fernando II de Médici, Gran Duque de Toscana, aficionado a la ciencia, construyó el termómetro de bulbo de alcohol con capilar sellado, como los que usamos actualmente. El avance de la tecnología en las actividades vinculadas con el vidrio fue fundamental para la construcción de este tipo de termómetro.

Con el invento de una escala de medición Daniel Gabriel Fahrenheit, un germano-holandés logró en 1714 el primer termómetro a base de mercurio, perfeccionando así el "termoscopio de Galileo". Su aporte más relevante fue el diseño de la escala termométrica arbitraria, que lleva su nombre, aún hoy es la más empleada en Estados Unidos. Es bastante precisa la escala por la dilatación casi uniforme del mercurio en ese intervalo de temperaturas. para que el punto de congelación del agua es de 32 ºF y la temperatura de ebullición del agua de 212 ºF.

Luego que Cristian Huygens en 1665 diera origen al sistema centesimal en 1740 Anders Celsius, científico sueco de Upsala, propuso los puntos de fusión y ebullición del agua al nivel del mar como puntos fijos y crea un termómetro que calibró empleando la escala centesimal. La escala Celsius, se llamó centígrada que significa cien peldaños.

Por último la escala Kelvin o abSoluta se debe al trabajo intenso del notable físico y matemático escocés Lord William Thompson Kelvin, quien realizó múltiples contribuciones al estudio del calor. La importancia de esta escala es que tiene un significado físico propio, pues no depende de puntos fijos arbitrarios, sino de la visión de la temperatura como expresión de la cinética molecular.

Cambio climático y alternativas inteligentes [+]

De acuerdo con National Geographic a lo largo del siglo pasado, el calentamiento global ocasionado por las actividades humanas que emiten dióxido de carbono, ha generado un aumento aproximado de 0,6 °C en la temperatura media del planeta. Ante esto y tomando en cuenta los conceptos vistos en clase, por ejemplo el albedo, una Solución para contrarrestar esto podría ser cambiar el asfalto tradicional de color negro, por uno más claro y así reflejar más la radiación en vez de absorber esa energía, sustituir equipos eléctricos para disminuir la temperatura de los edificios (Aire acondicionado y ventiladores) por proyectos tipo azoteas y muros verdes, ya que las plantas absorben la radiación del Sol.

El aumento de temperatura puede disminuir si los sectores económicos incluyen mejoras en su eficiencia energética mediante el uso de energías renovables como la energía Solar y eólica, así como fomentar el uso de biocombustibles. National Geographic también explica que existe la posibilidad de recoger el dióxido de carbono que emiten los combustibles fósiles y almacenarlo bajo tierra, proceso denominado “secuestro de carbono”, con el aumento de áreas boscosas.


Parte2

Digital


Arduino:

Arduino es una plataforma electrónica de código abierto (open-source) basada en hardware y software flexibles y fáciles de usar, para la implementación sencilla de prototipos. Está pensado para artistas, diseñadores, estudiantes y para cualquier otra persona interesada en crear objetos o entornos interactivos.

Sensor:

Dispositivo eléctrico y/o mecánico que convierte magnitudes físicas (luz, magnetismo, presión, etc.) en valores eléctricos medibles por una computadora.

Diagramas de flujo [+]

Estructura básica de un programa [+]

Variables y tipos de datos [+]

Comunicación serial entre Arduino y computadora [+]

Entradas y salidas digitales [+]

Partes del programa de Arduino [+]

Diagrama de flujo “Mi primer programa” [+]

Uso de una probotoboard [+]

Librerías en Arduino [+]

Sensor de temperatura del aire DHT22 [+]

Código de funcionamiento [+]