Fisica General Burbano

CAPÍTULO XIV
TEMPERATURA Y DILATACIÓN.
TEORÍA CINÉTICO MOLECULAR
XIV – 1. Hipótesis y definiciones
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No sólo el calor y la temperatura se encuentran estrechamente ligados entre sí, sino también, a
las cuestiones a que nos vamos a referir en este y sucesivos capítulos, tales como dilatación, cambios
de estado, teoría cinética, termodinámica... El análisis de estos temas lo vamos a realizar desde
dos puntos de vista: el macroscópico que lo efectuamos en términos más o menos detectables
por nuestros sentidos (TERMODINÁMICA) y el microscópico que se realiza teniendo en cuenta el movimiento
de los átomos y moléculas que componen el sistema en estudio (TEORÍA CINÉTICO MOLECU-
LAR Y MECÁNICA ESTADÍSTICA). Ambos puntos de vista se complementan formando un todo único, ya
que si, por ejemplo, decimos a nivel microscópico que las moléculas de cualquier sustancia se hallan
en continuo movimiento desordenado no existiendo ninguna dirección preferente para éste,
su intensidad de movimiento depende de la magnitud macroscópica temperatura, cantidad que
está incluida entre las fundamentales de la Termodinámica.
Llamaremos SISTEMA TERMODINÁMICO a cualquier cantidad de materia, cualquier objeto, cualquier
parte del universo... que aislamos (mentalmente) de todo lo demás y que sea lo suficientemente
grande para poder medir en él magnitudes macroscópicas tales como presión, temperatura,
energía interna..., y no tendremos en cuenta la estructura detallada de la materia que lo forma (estructura
atómica o molecular); la superficie que encierra a un sistema puede ser real, como por
ejemplo un gas encerrado en un recipiente, una gota de agua imaginaria como una porción de líquido
dentro de un depósito. En cualquier caso los sistemas que normalmente vamos a utilizar son
homogéneos, isotrópicos, sin cargas y químicamente inertes, no estando afectados por campos gravitatorios,
eléctricos, ni magnéticos.
Los sistemas termodinámicos pueden tener intercambios de materia y energía (calor y trabajo)
desde ellos hacia el medio exterior (o medio ambiente) y a la inversa.
Denominaremos SISTEMA AISLADO, si las condiciones son tales que no existe intercambio con el
exterior ni de materia ni de energía, para lo cual es necesario que el sistema se encuentre térmicamente
aislado, de modo que el flujo de calor sea nulo y que además no realice ni reciba trabajo.
Llamaremos SISTEMA CERRADO a aquel que no puede cambiar materia con el exterior pero sí
energía (puede intercambiar con el exterior un flujo de calor y además puede realizar o recibir
trabajo).
Llamaremos SISTEMA ABIERTO a aquel que puede intercambiar con el exterior materia y energía.
Los límites o paredes de un sistema pueden ser: MÓVILES cuando existe un cambio de volumen
e INMÓVILES o RÍGIDAS cuando no existe cambio de volumen; DIATÉRMICAS cuando existe un flujo de
calor a su través y ADIABÁTICAS cuando no existe tal cambio; PERMEABLES cuando existe un intercambio
de materia con el exterior e IMPERMEABLES cuando no lo existe.
Llamaremos ESTADO de un sistema termodinámico al conjunto de valores de todas las propiedades
macroscópicas observables y medibles que nos definen la configuración del sistema; a tales
magnitudes las llamaremos coordenadas termodinámicas o variables de estado; son ejemplos de
estas últimas la presión, la densidad, la temperatura, la energía interna...
Considerando a un sistema aislado, en el que las variables termodinámicas que definen su estado
no varían con el tiempo se dice que está en EQUILIBRIO.
Una hipótesis básica de la Termodinámica es que todo sistema aislado adquiere espontáneamente
el equilibro.
El equilibrio termodinámico de un sistema conlleva que sea térmico, mecánico y químico, es
decir, que en todos los puntos del sistema existe la misma temperatura, presión y composición
química.
Cuando un sistema interacciona con otros o simplemente con el exterior modificándose alguna
de sus variables termodinámicas diremos que se ha realizado un PROCESO o TRANSFORMACIÓN TER-
MODINÁMICA.
Llamamos variables termodinámicas INTENSIVAS de un sistema a aquellas cuyo valor no depende
de la masa ni del volumen (en realidad del número de partículas que lo forman). Por ejemplo la
presión, la temperatura, la densidad, la concentración de una disolución... Estas variables son las
mismas para todo el sistema que para una parte de él, así por ejemplo si aislamos la mitad del sistema,
las dos tendrán la misma presión, la misma temperatura...
Se denominan variables termodinámicas EXTENSIVAS (o aditivas) a aquellas cuyo valor depende
de las dimensiones del sistema y con frecuencia son proporcionales a la cantidad de sustancia con-