CAPITULO VIII TEMPERATURA Y DILATACION

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Principio cero de la Termodinámica. En general, dos cuerpos aislados están en igualdad de temperatura cuando no se observan cambios en ninguna de sus propiedades físicas macroscópicas. Si determinamos que la temperatura de los cuerpos A y C son las mismas y que la de los cuerpos B y C son las mismas, entonces concluiremos que la temperatura de A es igual a la temperatura de B . Esto puede parecer obvio porque estamos familiarizados con este tipo de razonamiento, similar al axioma matemático “dos cantidades iguales a una tercera son iguales entre sí” . Pero, puesto que la conclusión no es derivable de ningún otro principio físico, se le da el nombre de “Principio Cero de la Termodinámica” . Este principio justifica cualquier método de medición de temperatura. Aunque el vocablo “temperatura” es tan usado, la definición de temperatura en Física exige para su comprensión conocimientos que usted adquirirá posteriormente. Por el momento nos interesa medir temperatura, más que definir temperatura. Asociamos temperatura a la sensación de “frío” o “caliente”. La expresión “hace calor” se emplea en la vida diaria, como sinónimo de “alta temperatura ambiente”. En Física los conceptos de calor y temperatura son totalmente distintos y por tanto, no puede reemplazarse uno por otro. No emplee la palabra “calor” por la palabra “caliente”. Comparación de temperaturas. Examinemos la siguiente situación experimental : Consideremos dos bloques de cobre que inicialmente tienen largos LA y LB . Si después de tenerlos en contacto durante cierto tiempo ' L > L observamos que el bloque A se alargó ( A A) ' y que el B se acortó ( LB < LB) , diremos que la temperatura inicial TA de A era menor que la temperatura inicial TB de B : L L ' A > A y ' LB < LB ⇒ TA < TB esto es, podemos comparar temperaturas. A B A B A B Habiéndose establecido criterios para la igualdad y desigualdad de las temperaturas de dos cuerpos, estamos en condiciones de graduar uno de los cuerpos basándonos en las variaciones debidas a los cambios de temperatura de alguna de sus propiedades físicas. A este cuerpo así graduado le llamamos termómetro . L. Laroze, N. Porras, G. Fuster 274 Conceptos y Magnitudes en Física A B LA C LB L’A L’B
Si hemos elegido las variaciones de longitud para graduar, obtenemos un termómetro que nos indicará la temperatura de otro cuerpo cuando puesto en contacto con él su propia longitud se estabilice. Para no afectar significativamente la temperatura del otro cuerpo, entre otras precauciones, debe cuidarse que la masa del termómetro sea mucho menor que la del cuerpo. Al hablar de temperatura nos referimos a la cantidad física que medimos con un termómetro. Escalas de Temperatura. Para graduar termómetros y poder medir temperaturas, necesitamos asignar ciertos valores a las temperaturas a las cuales se realizan procesos dados. Cada proceso elegido debe ser un fenómeno físico fácilmente reproducible y que dependa de manera estable de una temperatura fija. Al emplear los términos “estable” y “fija” queremos significar que el fenómeno se realiza siempre a la misma temperatura y ésta se mantiene constante durante todo el desarrollo del fenómeno. Estas consideraciones nos permiten en la práctica establecer unidades de temperaturas y definir escalas de temperatura. Describiremos a continuación uno de los métodos que permiten graduar un termómetro : Sean P y S dos procesos que se desarrollan a temperaturas fijas. Asignemos a esas temperaturas los valores : tP = a [ unidad de temperatura ] y tS = b [ unidad de temperatura ] respectivamente. Hagámonos de un pequeño tubo de vidrio que contenga, sin llenarlo, cierta cantidad de mercurio. Coloquemos este tubo en contacto con la substancia en que se desarrolla el proceso P. La columna de mercurio alcanza un largo LP ; a este largo le asociamos el valor tP de temperatura. Repitamos la operación de manera análoga con el proceso S ; al largo LS le asociamos la temperatura tS . Cada vez que la columna de mercurio alcance los largos LP o LS diremos que la temperatura detectada es tP o tS según corresponda. Si la columna de mercurio alcanza un largo L tal que LP < L < LS , la temperatura detectada t está L. Laroze, N. Porras, G. Fuster 275 Conceptos y Magnitudes en Física Lp proceso P Ls proceso S
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