Termodinámica

Temperatura y Equilibrio Térmico

Temperatura:es una medida de la energía cinética de los átomos o moléculas que constituyen un objeto material cualquiera. Su medida se realiza a través de los cambios que experimentan algunas magnitudes físicas, cuando los cuerpos son sometidos a intercambios de energía térmica.

Equilibrio térmico:Con apoyo en el concepto de temperatura anteriormente descrito, se puede decir que dos cuerpos están en equilibrio térmico, cuando sus partículas no intercambian una cantidad neta de energía, siendo por consiguiente, iguales sus temperaturas. En este concepto se apoya la termodinámica para medir la temperatura de los cuerpos.

Ley cero de la termodinámica Ley cero de la termodinámica se enuncia de la siguiente manera.“Si inicialmente C está en equilibrio térmico con A y con B, entonces A y B también están en equilibrio térmico entre si”.

Termómetro y escalas de temperatura

Escala CelsiusEsta escala divide el rango entre las temperaturas de congelación y de ebullición del agua en 100 partes iguales. Usted encontrará a veces esta escala identificada como escala centígrada. Las temperaturas en la escala Celsius son conocidas como grados Celsius (ºC).

• Para convertir de ºC a ºF use la fórmula: °F = °C (9/5) + 32.

• Para convertir de ºC a K use la fórmula: K = °C + 273.15

Escala FahrenheitEsta escala divide la diferencia entre los puntos de fusión y de ebullición del agua en 180 intervalos iguales. Las temperaturas en la escala Fahrenheit son conocidas como grados Fahrenheit (ºF)

Para convertir de ºF a ºC use la fórmula: °C = (°F-32) ÷ (5/9).Para convertir de ºF a K use la fórmula: K = 5/9 (°F – 32) + 273.15.

Escala de KelvinProlonga la escala Celsius hasta el cero absoluto, una temperatura hipotética caracterizada por una ausencia completa de energía calórica. Las temperaturas en esta escala son llamadas Kelvins (K).

•Para convertir de K a °C use la fórmula: °C = K – 273.15

•Para convertir de K a °F use la fórmula: °F = 1.8(K – 273.15) + 32.

Expansión térmica

Se denomina dilatación térmica al aumento de longitud, volumen o alguna otra dimensión métrica que sufre un cuerpo físico debido al cambio de temperatura que se provoca en ella por cualquier medio.

Expansión lineal

TExpansión volumétrica

V=T

Cantidad de calor El calor es la transferencia de energía entre diferentes cuerpos o diferentes zonas de un mismo cuerpo que se encuentran a distintas temperaturas.El calor específico es la energía necesaria para elevar 1 °C la temperatura de un gramo de materia.

T

Q es el calor aportado al sistema.m es la masa del sistema.c es el calor específico del sistema.ΔT es el incremento de temperatura que experimenta el sistema.

Esfuerzo térmico

Si sujetamos rígidamente los extremos de una varilla para evitar su expansión o contracción y luego variamos la temperatura, aparecerán esfuerzos de tensión o compresión llamados esfuerzo térmico.

para calcular los esfuerzos térmicos en un varilla sujeta, calculamos qué tanto se expandiría (o contraería) si no estuviera sujeta, y luego calculamos el esfuerzo necesario para comprimirla (o estirarla) a su longitud original

T

EJEMPLOSEJEMPLO 1.

Convierte las siguientes temperaturas Celsius a Fahrenheit a) la temperatura más baja registrada en Norteamérica (3 de Febrero 1997) b) la temperatura más alta registrada en EEUU.

EJEMPLO 2.Convierta las siguientes temperaturas récord a la escala

Kelvin a) La temperatura más baja registrada en los estados contiguos de EEUU ( en Rogers) b) La temperatura más alta en Australia ( en Cloncurry) c) La temperatura más baja registrada en el hemisferio norte ( en Verkhoyansk).

Ejemplo 3 Imagine que se siente mal y le dicen que tiene una temperatura de a) ¿Qué temperatura tiene en ? ¿Debe preocuparse? b) EL informe matutino del tiempo Sydney cita una temperatura de ¿Cuánto es esto en ?

Ejercicios propuestos

Ejercicio 1.El punto de ebullición normal del neón líquido es .

Exprese esta temperatura en la escala de Kelvin.

Ejercicio 2.Imagine que trabaja en un laboratorio de prueba de materiales y su jefe le dice aumente la temperatura de una muestra en . El único termómetro que encuentra en su mesa de trabajo está graduado en . Si la temperatura inicial de la muestra es de ¿Qué temperatura deberá tener en una vez que se haya efectuado el aumento pedido?

Ejercicio 3.Un centavo de dólar tiene centímetros de diámetro

a y está hecho de una aleación (Principalmente Zinc) con un coeficiente de expansión lineal de . Qué diámetro tendría a) en un día caluroso de Each Valley (), b) En una noche fría en las montañas de Groenlandia ().

Ejercicio 4.Dos vasos de agua y están inicialmente a la misma temperatura. La temperatura del agua del vaso A se aumenta y la del vaso ¿Cuál vaso está ahora a mayor temperatura? Explique. entonces un aumento de temperaturas de 10 K corresponde a un aumento de 18 °F. La B de Copa tiene la temperatura más alta.