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INTRODUCCIÓN TEÓRICA Consideremos un sistema de masa y composición constantes para el que sólo se requiere de dos variables X y Y para su descripción. Un estado de equilibrio es aquel en el que las variables X y Y adquieren valores que permanecerán constantes en tanto las condiciones externas no se modifiquen. Experimentalmente se demuestra que un estado de equilibrio depende del tipo de sistemas que se encuentre cerca y del tipo de paredes que los separen. Las paredes pueden ser adiabáticas (aislantes) o diatérmicas (no aislantes). Si una pared es adiabática (figura 4.1) el sistema A puede estar en equilibrio, al mismo tiempo que el sistema B, siempre y cuando la pared sea efectivamente aislante. Si los dos sistemas están separados por una pared diatérmica (figura 4.2) los valores de X, Y, X' y Y' variarán hasta que se obtenga un estado de equilibrio de los sistemas en conjunto. El equilibrio térmico se alcanza por dos (o más) sistemas y se caracteriza por valores particulares de las variables de los sistemas, después de interactuar a través de una pared diatérmica. Coloquemos dos sistemas A y B separados entre sí por una pared aislante, pero en contacto cada uno de ellos con un tercer sistema C a través de paredes diatérmicas, como en la figura 4.3. Experimentalmente se encuentra que los sistemas A y B alcanzarán el equilibrio térmico con C. Si la pared adiabática se reemplaza por una diatérmica se observa que no hay ningún cambio aparente (figura 4.4). Si en lugar de que los sistemas A y B alcancen el equilibrio térmico con C simultáneamente, se deja que A se ponga en equilibrio con C y luego B con C hasta que suceda lo mismo (con C en el mismo estado en ambos casos), entonces, cuando A y B se pongan en contacto a través de una pared no aislante, se observará que se ponen en equilibrio térmico. Así, se puede decir que dos sistemas están en equilibrio térmico cuando están en tales condiciones que si se pusieran en contacto a través de una pared diatérmica los sistemas en conjunto estarían en equilibrio térmico. 38 Pared adiabática Pared diatérmica Sistema A Son posibles todos los valores de X y Y Sistema B Son posibles todos los valores de X´y Y´ Figura 4.1 Dos sistemas separados por una pared adiabática Sistema A Sólo son posibles valores restringidos de X y Y Sistema B Sólo son posibles valores restringidos de X´ y Y´ Figura 4.2 Dos sistemas separados por una pared diatérmica
Estos hechos experimentales pueden enunciarse de manera clara de la siguiente forma: Dos sistemas en equilibrio térmico con un tercero están en equilibrio térmico entre sí. Llamaremos a este enunciado Ley Cero de la Termodinámica. SISTEMA A ESTRATEGIA DIDÁCTICA SUGERIDA Que el profesor: SISTEMA C SISTEMA B Figura 4.4 Los sistemas A y B se ponen en equilibrio térmico secuencialmente con C, hasta que los tres quedan equilibrados térmicamente. • Pida a sus alumnos que estudien el cuestionario 4.1. Discuta con ellos las ideas que generen, pero no mencione las respuestas correctas. • Lleve a cabo por equipos las actividades experimentales “Equilibrio térmico y transferencia de energía” y “Ley cero de la termodinámica”. • Encargue la lectura que sobre el tema viene en el documento para el estudiante. • Pida que resuelvan el cuestionario adjunto a la lectura. • Afiance y amplíe los conceptos e ideas vistos exponiéndolos y promoviendo la discusión en clase. • Haga una recapitulación con los estudiantes sobre lo revisado acerca del tema. Discuta con ellos las observaciones y relaciones que se pueden establecer entre los conceptos, ideas y procedimientos revisados hasta el momento. • Aplique el cuestionario 4.1. Discuta las respuestas y compárelas con las correctas. 39 SISTEMA A SISTEMA C SISTEMA B Figura 4.3 Dos sistemas A y B que están en equlibrio térmico con C
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