Introducción a la Termodinamica.pdf - C.I.E.

Conceptos Fundamentales 3
Ejemplo 1.1 Cálculo de las pesas de un manómetro de peso inerte.
Los manómetros se comprueban contrastando la medición que producen contra un aparato que compensa
la presión ejercida por un gas por medio de pesas, llamado manómetro de peso inerte.
El croquis muestra la disposición de uno de estos aparatos. El manómetro
que se quiere contrastar se coloca en la rama izquierda del aparato
(5), y la rama derecha se conecta a la presión P cuyo valor está en el
rango de medición del manómetro a comprobar. La cavidad interna del
aparato se llena de fluido hidráulico mediante la boquilla 7 antes de unir
la boquilla 4 a un recipiente que está a la presión P. Esta se puede ajustar
variando la posición del tornillo 6 que permite el ajuste fino de la presión
de ser necesario. Sobre el plato 3 se colocan pesas cuyo peso exacto
se conoce. Estas empujan el vástago esmerilado 2 que se ve impedido
así de ascender por el peso, mientras que tampoco puede bajar por el
efecto de la presión P. En estas condiciones hay un equilibrio entre la
presión P y la presión que ejercen las pesas. Como las fuerzas son iguales
porque sino el aparato no estaría en equilibrio, también deben ser
iguales las presiones.
Determinar la presión absoluta P si en el equilibrio hay en el plato pesas
que totalizan 27550 gramos.
Datos El área de la base del émbolo 2 es 0.05 cm 2 .
Solución
La presión que actúa sobre la base del émbolo d es el cociente del peso que ejercen las pesas dividido por
Peso 27.
55 Kg
el área. Entonces:
P =
área
=
0.
05
= 551
cm
f
2
1.1.2 Calor y temperatura
La temperatura de un cuerpo es una medida de su capacidad de transferir calor. El calor es una forma de
transferir energía. Esa transferencia ocurre cuando hay desequilibrio térmico, es decir cuando una de las
partes entre las que tiene lugar esa transferencia “está mas caliente” (tiene mayor temperatura) que otras.
Es muy importante tener bien en claro la diferencia que existe entre calor y temperatura. Todos, en nuestra
experiencia cotidiana, hemos experimentado la desagradable sensación de una quemadura. Si tocamos un
objeto que está a mayor temperatura que la piel decimos que “está caliente” y si nos piden explicaciones
posiblemente digamos que el objeto “tiene mucho calor”. Este es un mal uso de la palabra calor, y un ejemplo
de confusión entre calor y temperatura. En términos familiares calor es lo que emite una estufa y
temperatura es lo que mide un termómetro. Temperatura, por lo tanto, es una propiedad de los cuerpos,
que no se puede disociar de la materia tangible, mientras que calor es energía y puede existir
independientemente de la materia.
Si nos imaginamos dos objetos de distinta masa a igual temperatura, es evidente que el contenido de calor
(energía) de cada uno de ellos es distinto, cosa que se evidencia por ejemplo en el hecho de que el objeto
mas pesado tarda mas tiempo en enfriarse. La temperatura es una medida de la capacidad de emitir calor,
o sea que cuanto mas caliente está un objeto (o lo que es lo mismo, cuanto mayor sea su temperatura) tanto
mayor es su capacidad de intercambiar calor con el medio que lo rodea, siempre que la temperatura del
medio sea distinta. El concepto de temperatura es análogo al de potencial eléctrico, porque cuanto mayor
es la diferencia de temperatura entre dos puntos tanto mayor será el flujo de energía en forma de calor; en
el caso del potencial eléctrico, el flujo de electricidad es proporcional a la diferencia de potencial eléctrico.
¿Es posible transferir energía en forma de calor desde un objeto a una cierta temperatura hacia otro objeto
a la misma temperatura?. La respuesta es: no. Surge de la experiencia cotidiana. Si queremos calentar
agua, no la ponemos en contacto con el agua de la canilla: buscamos un contacto con otro objeto de mayor
temperatura. La Termodinámica tiene por costumbre (como el resto de las ciencias) enunciar formalmente
las observaciones empíricas en forma de principios, lo que significa que todo hecho que no se puede explicar
en base a una teoría constituye un principio fundamental. El hecho de que no haya flujo de energía en
forma de calor entre cuerpos que están a igual temperatura se suele llamar Principio Cero de la Termodinámica.
El Principio Cero dice lo siguiente.
Si dos sistemas están separadamente en equilibrio térmico con un tercero, entonces ellos deben estar en
equilibrio térmico entre sí.
Esto significa que si tres o más sistemas están en contacto térmico entre sí y todos en equilibrio térmico al
mismo tiempo, entonces cualquier par que se tome separadamente está en equilibrio térmico entre sí.
Cuando decimos “en equilibrio térmico” estamos afirmando que no existe ninguna interacción térmica entre
ellos, es decir, que no hay flujo de energía como calor.
Introducción a la Termodinámica – Jorge A. Rodriguez