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CAPÍTULO 10 TEMPERATURA Y EQUILIBRIO TÉRMICO

10.1.

Temperatura.

10.2.

Equilibrio Térmico.

Las palabras temperatura y calor son de amplio uso en la vida cotidiana, aunque no siempre son bien usadas, e incluso en ocasiones producen gran confusión en un estudiante de cursos de introducción a la física. Solemos decir que “hace mucho calor” en un día de verano cuando lo que queremosdecir es que nuestra sensación térmica es alta. Nos asombramos cuando alguien “tiene frío”, cuando nosotros tenemos una sensación térmica agradable. En una mañana de invierno evitamos tocar objetos de metal prefiriendo objetos de madera o de plástico, sintiéndolos menos fríos, aunque realmente están a la misma temperatura. Algunos de estos ejemplos involucran usos coloquiales del lenguaje y que sonaceptados por cumplir con el rol de comunicación entre las personas. En otros casos, aluden a la sensación térmica, que es personal y por tanto distinta entre un individuo a otro.

Aprovecharemos el conocimiento vivencial de haber visto alguna vez el pavimento de las calles agrietado, o el mercurio de un termómetro temperatura expandirse. aumenta, En efecto, la en mayoría de los sólidos se dilatacuando su incluso condiciones ambientales y se puede hacer un experimento sencillo para demostrarlo, tome un objeto de metal tal como un alambre o una varilla delgada y con muchísimo cuidado expóngalo a una fuente de calor y mida su longitud antes y después. Observará un aumento de su longitud.
L0 antes

L0 L=L0+ΔL
Fig. 10.1.

exposición a una fuente de ΔL calor

En este capítulo, comohemos hecho en otros temas previos, aprovecharemos estas experiencias personales para introducir el concepto de temperatura o más bien, el concepto de igualdad de temperatura, en términos operacionales.

Un sólido expuesto a una fuente de calor se dilata.

Luego tome un tubo delgado que contiene un recipiente en su parte inferior y vierta en él un poco de mercurio. Mida el alto de la columna demercurio en su interior y

16/04/2008 Jorge Lay Gajardo jlay@usach.cl

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UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE - DEPARTAMENTO DE FISICA - http://fisicageneral.usach.cl

compárela con el alto que tiene luego de ponerlo en contacto con alguna fuente de calor (puede ser su propio cuerpo, una ampolleta de tungsteno encendida o
V0
antes exposición a una maquina que extrae calor

simplementela superficie de un objeto expuesto a la luz del sol). Se observará un aumento en el volumen del mercurio que se detecta como un aumento en la altura del tubo que lo contiene (cuidado, el mercurio es extraordinariamente tóxico y no se puede tocar con las manos por motivo alguno).

V

Fig. 10.3.

El volumen de un gas disminuye cuando se le extrae calor.

Consideremos ahora un cuerpocualquiera A e introduzcámoslo en un recipiente hermético que contiene un líquido B,
L=L0+ΔL L0 antes exposición a una fuente de calor
Fig. 10.2. Los líquidos también se dilatan ante la exposición de una fuente de calor
ΔL

confeccionado de manera tal que no permita intercambio de energía con el exterior. Entonces observamos que el cuerpo varía su volumen por algún tiempo, luego de lo cual permanecesin cambios.

Finalmente tome un globo de cumpleaños, ínflelo con cuidado y luego déjelo unos cuantos minutos en el refrigerador (no el en congelador), que debe considerarse como un sistema que extra calor de los cuerpos. Entonces observará que el globo disminuye su volumen. En consecuencia, queda establecido que un cuerpo experimenta un cambio de volumen cuando su temperatura cambia. Si elcuerpo A no cambia de volumen, entonces está en equilibrio térmico con el sistema que contiene el líquido C.
16/04/2008 Jorge Lay Gajardo jlay@usach.cl 330 Fig. 10.4. El cuerpo A y el líquido B están en equilibrio térmico.

A continuación sacamos el cuerpo A y rápidamente lo introducimos en otro recipiente aislado, que contiene un líquido C que ha estado bastante tiempo allí.

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