Fisica General Burbano

298 TEMPERATURA Y DILATACIÓN. TEORÍA CINÉTICO MOLECULAR
siderada. Por ejemplo el volumen, la masa, la energía interna, la entalpía... Es evidente que al tomar
una fracción de un sistema, las variables extensivas quedan divididas por la misma fracción.
Al dividir una variable extensiva por la masa o por el número de moles de un sistema, obtenemos
una variable intensiva, pasando a llamarse valor específico y valor específico molar de esta
variable. Así por ejemplo al dividir el volumen por la masa de un sistema obtenemos el volumen
específico, que evidentemente es intensiva por ser la inversa de la magnitud densidad.
En muchos casos es conveniente utilizar las ecuaciones termodinámicas en función de las magnitudes
intensivas, ya que estas ecuaciones resultantes serán independientes de la masa del sistema
correspondiente.
Para un sistema termodinámico que contiene una sustancia llamamos ECUACIÓN DE ESTADO a
una ley en la que están relacionadas su masa (m) o su número de moles (n), su presión (p), su volumen
(V) y su temperatura (T)
F(n, p, V, T) = 0
podemos también expresar la ley utilizando en vez de la masa o número de moles y la totalidad
del volumen, la magnitud intensiva volumen específico (v), su expresión en tal caso será:
f(p, v, T) = 0
Fig. XIV-1.– El calor siempre pasa de
los sistemas de nivel térmico más alto
a los de nivel térmico más bajo; de la
misma forma que en los vasos comunicantes
el líquido pasa del vaso que
tiene un nivel más alto, al nivel más
bajo.
Trabajando experimentalmente cada sustancia homogénea (sólido, líquido o gas) y haciendo
representaciones gráficas de los valores obtenidos de las variables indicadas, obtenemos un análisis
detallado del comportamiento de cualquier sustancia; al aproximarlo para expresar tales datos
en una ecuación de estado, en general, se obtiene una ecuación extremadamente complicada que
contiene una serie de potencias de dichas variables. Las leyes generalizadas que vamos a obtener
son en su mayoría aproximaciones más o menos eficaces según la sustancia y sus condiciones termodinámicas,
pero constituyen una muy buena información para su aplicación tecnológica.
A) TERMOMETRÍA
XIV – 2. Principio cero de la termodinámica. Concepto de temperatura
En primer lugar, demos tener muy claro, que el calor y la temperatura son magnitudes diferentes;
la temperatura es una manifestación del calor que no puede identificarse con él. Así por ejemplo,
cuerpos sometidos a focos caloríficos idénticos pueden adquirir distinta temperatura; tomemos
dos recipientes, uno con hielo a 0 ºC y otro con agua a 0 ºC; comuniquémosles calor con focos
idénticos: un termómetro, colocado en cada uno, nos indicará que en el primero la temperatura no
se eleva y en el segundo sí. El calor se emplea en dos efectos diversos: fusión y calentamiento.
Cuerpos con la misma temperatura pueden ceder o captar distinta cantidad de calor; calentamos
bolas de diversos metales a la misma temperatura; colocadas sobre un bloque de cera funden distinta
cantidad de ella.
El calor es una forma de energía* en tránsito que se nos manifiesta por muy diversos efectos.
Pongamos un puchero con agua al fuego y vamos a observar los fenómenos que ocurren. Por de
pronto, al tocar las paredes del puchero notamos cómo se calienta. Eso no es todo; al poco rato de
calentar se observa que la tapa de nuestro recipiente se mueve; es que el calor se ha manifestado
como una energía, produciendo el trabajo necesario para mover la tapadera del puchero. Al mismo
tiempo veremos cómo de la superficie del agua salen unos humos blancos: es que el agua líquida,
se está transformando en valor (cambio de estado). Si en el interior del puchero se hubiera
introducido una bola de metal, que pasaba justamente por un anillo podríamos comprobar que,
después del calentamiento, la bola ya no puede pasar por el anillo; ha sufrido por lo tanto un aumento
de volumen (dilatación)...
Hasta ahora nos han sido suficientes tres magnitudes fundamentales, la longitud, la masa y el
tiempo, en función de las cuales hemos definido otras, que hemos llamado derivadas, en el estudio
que nos ocupa se requiere la utilización de la cantidad de sustancia definida en el capítulo XII,
y de una nueva magnitud fundamental: la temperatura. Llegaremos a la comprensión de la magnitud
temperatura en dos fases; primero debemos definir lo que entendemos por mayor, igual o menor
temperatura que otra y a continuación definir un procedimiento de medida estableciendo una
unidad patrón. Con estas dos nuevas magnitudes fundamentales la base del sistema dimensional,
representado por N a la cantidad de sustancia y por q la temperatura será: MLTN y q.
Decimos que un «sistema termodinámico» está en «contacto» con otro, cuando puede pasar calor
(energía térmica) del uno al otro. Es evidente que nuestro puchero del ejemplo anterior se encuentra
en «contacto térmico» con el fuego al que le hemos sometido. Se dice que una sustancia
está más «caliente» (tiene un nivel térmico más alto) que otra, cuando al ponerlas en contacto el calor
pasa de la primera a la segunda, de la misma forma que en los vasos de la Fig. XIV-1, que se
comunican por un tubo, el líquido pasa del vaso que tiene un nivel más alto al de nivel más bajo.
Este concepto nos conduce a la primera fase para analizar el concepto de temperatura:
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* Como se verá más detalladamente cuando se estudien las investigaciones realizadas por Joule.