fisica termodinamica






















5) Temperatura y Calor
5) Temperatura y Calor, T y Q

Estudiaremos sistemas físicos donde se transfieren energías térmicas, para lo cual será necesario establecer cuidadosamente las definiciones de temperatura y calor, conceptos estrechamente relacionados pero claramente diferenciados. Describiremos además algunas propiedades térmicas de loscuerpos y sustancias, para poder comprender los sistemas termodinámicos.


5.1) Definición de Temperatura

Podemos definir la temperatura de los cuerpos de dos formas, una, usando la Ley cero de la Termodinámica, la otra, mediante el estado de movimiento molecular. Usemos la ley cero para establecer el concepto de equilibrio térmico, ET, y a partir de ahí definir temperatura.

La temperatura esla CFE que nos indica cuando dos cuerpos (sistemas) se encuentran en ET. El ET caracteriza el estado de no transferencia de energía (calor) entre dos cuerpos.


5.2) Escalas termométricas

Los termómetros son instrumentos que nos permiten cuantificar la temperatura. Están basados en diversos fenómenos como, dilatación, cambio de presión, volumen, resistencia eléctrica, color, etc.

Paracalibrar los termómetros se emplean estados de sustancias como el agua, considerando su punto de congelación y de ebullición, por ejemplo. En otros casos se emplean fenómenos de calibración generales como el cese de movimiento molecular, para independizar al termómetro de la sustancia.

Los termómetros a gas a volumen constante permiten definir la escala absoluta. Es un termómetro que puede hacerseindependiente del gas (para bajas presiones y temperaturas sobre el punto de licuación del gas) usándose la relación entre la presión y temperatura del gas a volumen constante para la calibración.














Si se extrapola la curva p-T, se encuentra que la temperatura asociada a p = 0 es T= -273,15, este valor se usa para definir el 0 de la escala Kelvin de temperaturas,de tal forma que su relación con la centígrada es,





A la temperatura kelvin, T, se le conoce como temperatura absoluta, y según la ecuación precedente,





Otra escala de temperaturas importante es la escala Fahrenheit, TF, la cual se vincula a la centígrada por,





Análogamente, de esta ecuación se extrae,





5.3) Calor, Q

Forma de energía que intercambianlos cuerpos en desequilibrio térmico.














Históricamente: uQ  cal, cantidad de calor que requiere 1 g de agua para pasar de 14,5 a 15,5 °C.

SI: uQ  J, ¡energía!


¿? El calor siempre fue considerado una forma de energía.


5.4) Dilatación de sólidos y líquidos

La dilatación de los cuerpos es un fenómeno estrechamente vinculado a los cambios detemperatura. Por lo general, los cuerpos se dilatan cuando aumenta su temperatura y se contraen cuando disminuye. Estas variaciones en las dimensiones de los cuerpos tienen aplicaciones múltiples, termómetros, termostatos, uniones de estructuras, etc.

Si se calentara un cuerpo desde una temperatura inicial Ti hasta una temperatura final T, estos es, produciéndole una variación de temperaturas T,se observaría por lo general, que la correspondiente longitud inicial Li, aumentaría hasta una longitud final L, produciendo una variación en dicha dimensión L. Los experimentos muestran que, en primera aproximación (cuando los L no son comparables con Li),





Se introduce , coeficiente térmico de dilatación lineal, para establecer la igualdad,






con lo que,Los cambios superficiales y volumétricos se determinan con ecuaciones similares,


y



donde  y , son los coeficientes térmicos de dilatación superficial y volumétrica, respectivamente. Además,  y , se relacionan con , para temperaturas menores de 100 °C, mediante,







Casos anómalos especiales se presentan tanto en sólidos como en líquidos. La...