Termodinamica

C U R S O: FÍSICA MENCIÓN MATERIAL: FM-19 Termodinámica I
Hemos estudiado el comportamiento de sistemas en reposo y en movimiento. Las magnitudes fundamentales de masa, longitud y tiempo se usaron para describir el estado de un sistema determinado. Considere por ejemplo, un bloque de 10 kg que se mueve con una velocidad constante de 20 m/s. Los parámetros masa, longitud y tiempo están presentesy son suficiente para describir el movimiento. Podemos hablar del peso del bloque, de su energía cinética o de su momentum lineal, pero una descripción más completa de un sistema requiere algo más que una simple descripción de esas cantidades. Esto se hace patente cuando nuestro bloque de 10 kg encuentra fuerza de fricción. Mientras que el bloque frena, la energía mecánica disminuye. El bloque yla superficie están más calientes, lo que implica que su temperatura se eleva. En esta guía se presenta el concepto de temperatura como la cuarta magnitud fundamental.

Temperatura
La temperatura es una magnitud fundamental y escalar que nos dice cuan caliente o frío es algo respecto de cierta referencia. Esta cantidad está asociada con el movimiento de las moléculas que componen dichasustancia. Si estas se encuentran a mayor o menor velocidad promedio, será mayor o menor su temperatura respectivamente.

100ºC

70ºC

A Vmolecular (A)
promedio

B > fig. 1 Vmolecular (B)
promedio

Calor

Suponga que tuviésemos dos cuerpos con distinta temperatura, uno en contacto con el otro y lejos de influencias externas (aislados). El cuerpo más caliente se iría enfriando, mientras que elmás frío se iría calentando. La energía que se transfiere desde un objeto a otro debido a una diferencia de temperatura se llama calor. Cuando los cuerpos alcanzan la misma temperatura, el calor deja de fluir entre ellos y decimos que están en equilibrio térmico.

Termómetros
La comparación de las temperaturas de los cuerpos por medio del tacto sólo proporciona una idea cualitativa de dichascantidades. Para que la temperatura pueda considerarse una cantidad física es necesario que podamos medirla, a fin de que se tenga un concepto cuantitativo de la misma.

Termómetros Líquidos
En nuestro estudio consideraremos el termómetro más común, el cual relaciona la temperatura con la altura de una columna de líquido en el interior de un tubo capilar de vidrio. En este termómetro, lasvariaciones en la temperatura producen dilataciones o contracciones del líquido, haciendo subir o bajar la columna. Así a cada altura de la columna podemos asignarle un número, el cual corresponde a la temperatura que determinó dicha altura. El líquido que más se emplea en este tipo de termómetro es el mercurio debido a las siguientes características: - sus puntos limites, bastante separados (-39 ºC y357 ºC) determinan un amplio margen de temperaturas medibles; - su dilatación es bastante regular, lo que favorece la precisión del instrumento; - tiene baja capacidad calórica, es decir, con una pequeña cantidad de calor su temperatura se eleva apreciable y rápidamente; - es fácil de obtener químicamente puro; - no moja al vidrio, por lo cual no influye la capilaridad del tubo. TermómetroClínico. Está destinado a registrar la máxima temperatura del cuerpo humano, este objetivo se logra mediante un estrangulamiento del tubo capilar inmediatamente por encima del bulbo, el cual impide que el mercurio baje cuando la temperatura empieza a disminuir, luego de alcanzado su valor máximo. Una vez usado este termómetro es necesario hacer volver el mercurio al bulbo agitando con fuerza el tubo Otrostipos de termómetros Termómetros de Gas: Se basan la variación de la presión y del volumen de los gases, ofrecen medidas de alta precisión en amplios intervalos de temperatura (-263 ºC a 1000 ºC). Termómetros de Resistencia eléctrica: Ofrecen alta precisión, algunos usan semiconductores (germanio), son los más recomendados para medir temperaturas muy bajas (0,2 K a 50 K). Termómetros de...