cdrsr

Cap. 12. Temperatura, dilatación térmica y gases.

CAP 12. TEMPERATURA, DILATACION TERMICA Y GASES.
La mecánica newtoniana explica una diversidad muy amplia de fenómenos en
la escala macroscópica, tales como el movimiento de los cuerpos, de proyectiles y de planetas. Ahora iniciaremos el estudio en la termodinámica, área de la
física relacionada con los conceptos de calor y temperatura. Conla termodinámica se hace la descripción de las propiedades volumétricas de la materia y
la correlación entre esas propiedades y la mecánica de los átomos y moléculas.
Se ha preguntado alguna vez ¿qué le pasa a la energía cinética de un objeto
cuando cae al suelo y queda en reposo?, o ¿como puede enfriar un refrigerador? Las leyes de la termodinámica y los conceptos de calor y de temperaturanos permitirán contestar estas preguntas. En general, la termodinámica trata
con las transformaciones físicas y químicas de la materia en todos sus estados:
sólido, líquido, gas o plasma.
El objeto de estudio de la física térmica trata con los fenómenos que comprenden transferencias de energía entre cuerpos que están a diferentes temperaturas. En el estudio de la mecánica, se definieronclaramente conceptos como
masa, fuerza y energía, para hacer la descripción en forma cuantitativa. De la
misma forma, una descripción cuantitativa de los fenómenos térmicos requiere
una definición clara de los conceptos de temperatura, calor y energía interna.
La ciencia de la termodinámica está relacionada con el estudio del flujo de
calor desde un punto de vista macroscópico.

12.1 TEMPERATURA YLEY CERO DE LA TERMODINAMICA.
La temperatura es una magnitud física que se refiere a la sensación de frío o
caliente al tocar alguna sustancia. Así, nuestros sentidos nos entregan una indicación cualitativa de la temperatura, pero no podemos confiar siempre en
nuestros sentidos, ya que pueden engañarnos. Por ejemplo, si se saca del refrigerador un recipiente metálico con cubos de hielo y unenvase de cartón con
verduras congeladas, se siente más frío el metal que el cartón, aunque ambos
están a la misma temperatura; la misma sensación se nota cuando se pisa la
baldosa del piso solo y la alfombra. Esto se debe a que el metal o la cerámica
es mejor conductor del calor que el cartón o la tela. Por lo tanto se necesita un
método confiable para medir la sensación de frío o caliente delos cuerpos.

329

Cap. 12. Temperatura, dilatación térmica y gases.

Experimentalmente se encuentra que si dos objetos que inicialmente están a
diferente temperatura, se ponen en contacto térmico entre sí, llegará el momento en que alcanzaran una cierta temperatura intermedia. Para comprender
el concepto de temperatura definamos contacto térmico: es cuando entre dos
cuerpos puede ocurrirun intercambio de energía entre ellos sin que se realice
trabajo macroscópico; y equilibrio térmico: es una situación en la que dos
cuerpos en contacto térmico entre sí, dejan de tener todo intercambio neto de
energía. El tiempo que tardan los cuerpos en alcanzar el equilibrio térmico depende de las propiedades de los mismos. Se puede pensar en la temperatura
como una propiedad que determinacuando se encuentra o no un cuerpo en
equilibrio térmico con otros cuerpos.
Consideremos dos cuerpos A y B que no están en contacto térmico y un tercer
cuerpo C que usaremos como medidor de temperatura. Se quiere determinar
cuando están A y B están en equilibrio térmico entre sí. Primero se coloca el
cuerpo C en contacto térmico con A hasta que se alcanza el equilibrio térmico.
Luego secoloca el cuerpo C en contacto térmico con B hasta que alcanzan el
nuevo equilibrio térmico. Si la temperatura de C después de ponerse en contacto térmico con A y con B es la misma en ambos casos, entonces A y B están en equilibrio térmico entre sí. Este resultado se resume en un enunciado
llamado principio cero de la termodinámica: Si dos cuerpos A y B están por
separado en equilibrio térmico con...