CAPÍTULO 5. Termodinámica - Biblioteca

Calor y Termodinámica Hugo Medina Guzmán
El sistema A estará en equilibrio con el sistema C y
el sistema B también estará en equilibrio con el
sistema C, luego los sistemas A y B estarán en
equilibrio térmico uno con el otro.
Esto se conoce como la Ley cero de la
termodinámica,
"Si dos sistemas se encuentran en equilibrio térmico
con un tercer sistema, los dos sistemas se encuentran
en equilibrio entre sí".
Esta ley está de acuerdo a nuestra experiencia diaria
de nuestros sentidos, es sencilla pero no obvia, es un
hecho que sucede pero podría no haber sido así. Nos
expresa la idea fundamental de temperatura. Cuando
decimos que las variables macrosc6picas no varían,
nos hace falta definir una propiedad que asegure
esto.
Esta propiedad la llamaremos Temperatura.
Nosotros queremos asignar un número de cada
estado de equilibrio de un sistema que tenga la
propiedad que dos sistemas con el mismo número
estén en equilibrio térmico entre ellos.
"La temperatura de un sistema es una propiedad que
determina si un sistema está en equilibrio o no con
otros sistemas".
TEMPERATURA Y ESCALAS
La temperatura se determina por la medición de
alguna cantidad mecánica, eléctrica u óptica cuyo
valor se correlaciona con la temperatura.
Generalmente la temperatura de una sustancia, sino
en el termómetro el cual, se pone en contacto íntimo
con la instancia y adquiere la misma temperatura.
Se llama TERMOMETRO, a un aparato que permite
medir la temperatura por medio de su propiedad
termométrica o variable macroscópica que es
sensible al estado térmico de la sustancia. Los
principales termómetros y sus propiedades
termométricas se muestran en la tabla.
TERMOMETRO PROPIEDAD
TERMOMETRICA
Gas a volumen constante Presión
Gas a presión constante Volumen
Resistencia eléctrica Resistencia eléctrica
Termocupla
Fuerza electromotriz
Columna líquida en un tubo
capilar
Longitud
Construyamos una escala de temperatura, para esto
tomemos como termómetro una columna líquida de
mercurio en un tubo capilar de vidrio, observamos
que la columna de mercurio aumentará cuando
aumenta la temperatura, como la compresibilidad del
mercurio es tan pequeña podemos considerar como
si fuera a presión constante. La relación más simple
entre temperatura y longitud de la columna que
podemos elegir, es una relación lineal de y.
t y
( )
= ay + b
2
Donde las constantes a y b se evalúan de acuerdo a
un conjunto definido de reglas. Asignemos números
arbitrarios a dos puntos fijos.
Escala Celsius o centígrada.
En la escala Celsius o centígrada uno de ellos el
punto de congelación del agua, es decir el punto en
que el agua y el hielo están en equilibrio a la presión
atmosférica, a esta temperatura le damos el valor
cero grados Celsius o grados centígrados (0°C).
0 C
o
t = ayc
+ b =
El otro punto, el de ebullición del agua a presión
atmosférica, a este le llamamos Cien grados
(100°C).
100 C
o
t = aye
+ b =
Al resolver las dos ecuaciones simultáneamente
encontramos los valores de a y b.
o
o
100 C 100 C
a = y b = − yc
ye
− yc
ye
− yc
Sustituyendo la expresión original
t
o
= 100 C
( y − yc
)
( y − y )
e
c
Para un termómetro a gas a Volumen Constante la
expresión sería
t
o
= 100 C
( p − pc
)
( p − p )
e
c
y para un termómetro a gas a presión constante la
expresión sería
t
o
= 100 C
( V −Vc
)
( V −V
)
e
c
El termómetro a gas a volumen constante consiste en
un balón B 1 lleno de gas (hidrógeno por ejemplo)
ligado a un tubo en forma de U lleno de mercurio, el
volumen de gas en el balón se mantiene constante
subiendo o bajando B 3 hasta que el mercurio en B 2
se encuentra en la marca cero.
La presión p que equilibra la presión del gas es
p = 76 cm + h
La experiencia muestra que la dependencia de la
presión con relación a la temperatura es lineal con
esto se obtiene la escala de un termómetro
colocando el balón en un baño de hielo en fusión,
marcando pc y después repitiendo la operación con
vapor de agua, marcando pe.