Temperatura

FISICA II 2008

TEMA II

JUAN J CORACE

UNIDAD II: TEMPERATURA Y GASES IDEALES El equilibrio térmico. Temperatura y escalas empíricas de temperatura. Escala práctica. Termómetro de gas y temperatura absoluta. Termómetro de gas a volumen constante. Relaciones entre escalas de temperatura. Gases ideales. Ecuación de estado. Leyes de los gases ideales. Mezcla de gases. Modelo molecular del gasPerfecto. Teoría cinética 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. Latemperatura, en cambio, sigue jugando 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 latemperatura. 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 entreaquellas que se aprovechan 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, ambosindependientes entre sí. Si se sustituye 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 estánligados por una relación [2.01] llamada ecuación del equilibrio térmico.
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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 enequilibrio térmico, también lo están A-B, a pesar de no 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 enequilibrio térmico entre sí. Esto constituye el llamado Principio 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.

Ley Cero de la Termodinámica

TEMPERATURA EMPÍRICA Temperaturaempírica es aquella propiedad cuyo valor es el mismo para todos los sistemas que están en equilibrio térmico entre sí. La formulación del Principio Cero es:

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

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