termodinamica

La Termodinámica
Trata de :

Calor (Energía Térmica)
●Temperatura
●Dilatación
●Comportamiento de Gases (Tratamiento Macroscópico)
●Variables de estado – Presión, Temperatura y Densidad.
●El gas Ideal
●

Temperatura
La temperatura está asociada con una forma de energía - energía
térmica (o calor).
Si dos objetos con temperaturas diferentes se ponen en contacto se
intercambiaenergía térmica entre ellos.
Llegarán a un equilibrio (se llama equilibrio térmico) cuando dejen
de tener un intercambio de energía entre ellos – están a la misma
temperatura.
Dos objetos en equilibrio uno con otro están a la misma temperatura.
La energía térmica está relacionada con la energía cinética que
tienen los átomos o moléculas de la materia.

Escalas de Temperatura
Celsius: La escalade temperatura Celsius se define por
●

Punto de congelación de agua: 0ºC

●

Punto de ebullición de agua: 100ºC

Farenheit:
Kelvin: Este es la unidad de temperatura en el Sistema International de
unidades.
TK = TC + 273,15
0ºC es 273,15 K

0 K es -273,15ºC

Expansión Térmica de Sólidos y
Liquidos
Se encuentra experimentalmente que (en general) a aumentar la
temperatura de uncuerpo, el cuerpo expande (en todas las direcciones).
¿ Porqué?
En un sólido a temperaturas normales los átomos están separados
por ~10-10m y vibran en entorno de sus posiciones de equilibrio con
una amplitud de ~10-11m.
A medida que la temperatura del sólido aumenta, los átomos vibran
con mayor amplitud y la separación entre ellos aumenta. El sólido en
conjunto se expande.
Se puedevisualizar la expansión térmica como una ampliación
fotográfica:a →a+Δ a
b
Temp T
Temp T+Δ T
a
b → b+Δ b

Expansión Térmica de Sólidos y
Liquidos
Suponemos que un objeto tiene una longitud inicial L0 en determinada
dirección a cierta temperatura. Si se aumenta la temperatura por ∆T, la
longitud aumenta por

Δ L=α L0 Δ T
Coeficiente de
expansión lineal

Aluminio
Cobre
Acero2,4x10-5 [1/ºC]
1,7x10-5 [1/ºC]
1,1x10-5 [1/ºC]

Gasolina 9,6x10-4 [1/ºC]
Aire
3,67x10-3 [1/ºC]

Expansión Térmica de Sólidos y
Liquidos
Obviamente cuando aumentamos un objeto y se expande, el área y
volumen también cambian.
Consideramos un placa cuadrada de metal: si la longitud de cada
lado cambia, el área está dado por:
0
2

2
0

A=(L0+Δ L) =L +2L 0 Δ L+Δ L
=A 0+2 α A 0 Δ T
ΔA=γ A 0 Δ T con γ=2 α

2

Coeficiente de expansión de área
Por un procedimiento similar se encuentra el coeficiente de expansión
de volumen:
Δ V=β V0 Δ T con β=3 α

Ejercicio
Una vía de ferrocarril de acero tiene una longitud de 30.000 m cuando
la temperatura es de 0°C.
¿Cuál es su longitud en un día caloroso con T=40°C?

Calor
El calor (o la energía térmica) se define como laenergía que se
transfiere entre un sistema y su entorno en virtud de una diferencia de
temperatura.
Al nivel microscópico, el calor está relacionado con la energía
cinética que tienen los átomos o moléculas de la materia.
Para elevar la temperatura de una sustancia hay que aumentar la
energía térmica del mismo, entonces hay que suministrar energía.
La cantidad de energía necesario depende de lasustancia.
Por ejemplo, se necesita 4186 J para aumentar la temperatura de 1 kg
de agua en 1°C pero solamente 3875 J para hacer lo mismo con 1 kg
de cobre.

El Calor Específico
La energía, Q, necesario para aumentar la temperatura de una
sustancia es proporcional a la masa de la sustancia y a la diferencia
de temperatura. La constante de proporcionalidad se llama el calor
específico, c.Q=cm Δ T
El calor específico (en el sistema SI) es el numero de Joules
necesario para aumentar la temperatura de 1 kg de la sustancia en
1°C. Entonces las unidades son J/(kgK) (o a veces J/(kg.°C))
El calor especifico es una propiedad de la sustancia.
Agua
Hielo

4185 J/kgK
2100 J/kgK

Aluminio
Cobre

900 J/kgK
387 J/kgK

Calorimetría
Cuando distintas partes de un sistema...