TEMPERATURA Y LA LEY CERO

TEMPERATURA Y LA LEY CERO

Del punto de vista histórico, los conceptos de calor y temperatura están a la base de la Termodinámica, pero aquí daremos una presentación algo diferente. En nuestro tratamiento, el calor tiene un rol subordinado y es una magnitud que se deriva de otras debido a las dificultades lógicas que aparecen si intentamos definirlo a priori. La temperatura, en cambio, siguejugando un rol primario. Es una propiedad esencial en nuestra materia Física II. Su determinación cuantitativa (medida) se realiza con instrumentos llamados termómetros. La Ley Cero de la Termodinámica postula que es posible medir la temperatura, es decir, que la temperatura es una propiedad.
Es un hecho conocido que varias propiedades físicas de los cuerpos cambian con la temperatura.
Por ejemplo,los gases, líquidos y sólidos se expanden y se contraen a medida que su temperatura aumenta o disminuye, si la presión se mantiene constante. Las variaciones de temperatura producen también cambios de otras propiedades, tales como la resistividad eléctrica de los materiales o la fuerza electromotriz entre materiales disímiles, etc. Dichas propiedades, que se encuentran entre aquellas que seaprovechan para diseñar termómetros, se denominan propiedades termométricas.
Equilibrio térmico
La temperatura T es aquella propiedad que determina la capacidad de un sistema para intercambiar calor. Su unidad es el kelvin (K).
Suponemos dos subsistemas A y B cerrados de paredes adiabáticas, definidos respectivamente por sus variables de equilibrio x1A, y1A, x1B, y1B, ambos independientes entre sí.
Si sesustituye la pared adiabática que los separa por otra diatérmica se observa experimentalmente que se rompe el equilibrio existente y cada sistema varía su estado hasta alcanzar estados de un nuevo equilibrio, que llamaremos de equilibrio térmico. Los nuevos valores de las variables de estado que definen dicho equilibrio ya no son, como antes, independientes, sino que están ligados por unarelación llamada ecuación del equilibrio térmico.
 F(x2A, y2A, x2B, y2B) = 0 [2.01]


Equilibrio térmico
Ley cero
Consideramos ahora tres subsistemas A, B y C, separados dos de ellos, A y B, por una pared adiabática, y C separado de A y B por paredes diatérmicas. Se observa experimentalmente que si, en virtud del equilibrio térmico, A-C y B-C están en equilibrio térmico, también lo están A-B, a pesar deno estar separados por una pared diatérmica, esto bien podría comprobarse permutando el tipo de pared entre los subsistemas A-B-C (ver Figura). Esto equivale a decir que la propiedad "equilibrio térmico" es transitiva, es decir:
Si dos sistemas A y B están en equilibrio térmico cada uno de ellos con un tercero C, los sistemas A y B están en equilibrio térmico entre sí.
Esto constituye el llamadoPrincipio Cero de la Termodinámica, por el cual la existencia del equilibrio térmico entre dos sistemas puede verificarse a través de un sistema intermedio llamado termómetro, sin necesidad de que los dos sistemas estén necesariamente en contacto a través de una pared diatérmica.

Temperatura Empírica
Temperatura empírica es aquella propiedad cuyo valor es el mismo para todos los sistemas que estánen equilibrio térmico entre sí.
La formulación del Principio Cero es:
F(xA, yA, xC, yC) = 0
F(xB, yB, xC, yC) = 0
⇔ F(xA, yA, xB, yB) = 0
es decir, el equilibrio térmico entre A y B puede establecerse a través del equilibrio térmico con un sistema intermediario C llamado termómetro.
Despejando de las formulas anteriores, tenemos
xC = ƒA(xA,yA,yC) = ƒB(xB,yB,yC)
Si, para más simplicidad, tomamoscomo fija la variable yC del sistema termométrico,
Quedará:
xC = ƒA(xA,yA) = ƒB(xB,yB)
La existencia de equilibrio térmico entre dos sistemas (A, B) viene medida por una propiedad común (xC) del sistema termométrico que llamaremos variable termométrica; su valor está indisolublemente ligado a las propiedades físicas del sistema medidor (variable empírica).
La representación gráfica de
xC =...