Unidad_II

UNIDAD II
CALOR Y TEORÍA CINÉTICA

Daniel Bernoulli (1700-1782)

James Prescott Joule( 1818-1889)

Capítulo 1: Temperatura y calor
En el estudio de la mecánica se definieron cuidadosamente conceptos como
velocidad, aceleración, masa y fuerza para facilitar el planteamiento
cuantitativo. Del mismo modo, se requiere una descripción cuantitativa de los
fenómenos térmicos y definiciones precisas detérminos tan importantes
como temperatura, calor y energía interna.

1.1 Temperatura y ley cero de la termodinámica
Con frecuencia el concepto de temperatura se asocia con qué tan caliente o
frío se siente un objeto cuando se toca. De esta forma, los sentidos
proporcionan una indicación cualitativa de la temperatura. Sin embargo, los
sentidos no son confiables y con frecuencia hacen que uno seequivoque.
Una definición operacional rigurosa de la temperatura se obtiene a partir de la
denominada ley cero de la termodinámica, que da cuenta del hecho que con
el tiempo, dos objetos a diferentes temperaturas iniciales llegan al equilibrio
térmico cuando se colocan en contacto mutuo.

Consideremos la siguiente figura, que ilustra el hecho que si los sistemas A y B
están cada uno en equilibriotérmico con el sistema C, los sistemas A y B están
en equilibrio térmico entre sí.

Ley cero de la termodinámica: Si inicialmente C está en equilibrio térmico
con A y con B, entonces A y B también están en equilibrio térmico entre sí.
Este resultado se llama ley cero de la termodinámica.

Esta ley permite la construcción de termómetros, pues a partir de ella se puede
concluir que dos sistemas estánen equilibrio térmico si y sólo si tienen la
misma temperatura.
En esto radica la utilidad de los termómetros; un termómetro realmente
mide su propia temperatura, pero cuando está en equilibrio térmico con otro
cuerpo, las temperaturas deben ser iguales. Si difieren las temperaturas de
dos sistemas, no pueden estar en equilibrio térmico.
Pregunta conceptual: Dos objetos, con diferentes tamaños,masas y
temperaturas, se ponen en contacto térmico. ¿En qué dirección viaja la energía?
a) La energía viaja del objeto más grande al objeto más pequeño. b) La energía
viaja del objeto con más masa al que tiene menos masa. c) La energía viaja del
objeto con mayor temperatura al objeto con menor temperatura.

1.2 Termómetros y escala Celsius de temperatura
Los termómetros son dispositivos que sirvenpara medir la temperatura de un
sistema. Todos los termómetros se basan en el principio de que alguna
propiedad física o propiedad termométrica de un sistema cambia a medida que
varía la temperatura del sistema. Algunas propiedades físicas que cambian con
la temperatura son:
El volumen de un líquido.
Las dimensiones de un sólido.
La presión de un gas a volumen constante.
El volumen de un gas apresión constante.
La resistencia eléctrica de un conductor.
El color de un objeto.
Un termómetro de uso cotidiano consiste de una masa de líquido, por lo
general mercurio o alcohol, que se expande en un tubo capilar de vidrio cuando
se calienta, tal como muestra la siguiente figura. En este caso, la propiedad
termométrica es el volumen del líquido.

Como resultado de la expansión térmica, el niveldel mercurio en el termómetro
se eleva a medida que el termómetro se calienta debido al agua en el tubo de
ensayo. Al finalizar, el termómetro se encuentra en equilibrio térmico con el agua.

El termómetro se calibra al colocarlo en contacto térmico con un sistema natural
que permanezca a temperatura constante. Uno de dichos sistemas es una mezcla
de agua y hielo en equilibrio térmico a presiónatmosférica.
En la escala de temperatura Celsius, esta mezcla se define como una
temperatura de cero grados Celsius, que se escribe como 0°C; esta temperatura
se llama punto de hielo del agua.
Otro sistema usado comúnmente es una mezcla de agua y vapor en equilibrio
térmico a presión atmosférica; su temperatura se define como 100°C, que es el
punto de vapor del agua.
Una vez que los niveles del...