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Preguntas 545
Resumen
DEFINICIONES
Dos objetos están en equilibrio
térmico mutuo si no intercambian
energía cuando están en contacto
térmico.
La temperatura es la propiedad que determina si un objeto está en equilibrio
térmico con otros objetos. Dos objetos en equilibrio térmico mutuo están
a la misma temperatura. La unidad del SI de temperatura absoluta es el
kelvin, que se define como 1/273.16 de la diferencia entre cero absoluto y la
temperatura del punto triple del agua.
CONCEPTOS Y PRINCIPIOS
La ley cero de la termodinámica
establece que si los objetos A y B
están por separado en equilibrio
térmico con un tercer objeto
C, por lo tanto los objetos A y
B están en equilibrio térmico
mutuo.
Cuando la temperatura de un objeto se cambia por una cantidad T,
su longitud cambia por una cantidad L que es proporcional a T y a su
longitud inicial L i :
L L i T (19.4)
Donde la constante es el coeficiente de expansión lineal promedio.
El coeficiente de expansión volumétrica promedio para un sólido es
aproximadamente igual a 3.
Un gas ideal es aquel para el cual PV/nT es constante. Un gas ideal se describe mediante la ecuación de estado,
PV nRT (19.8)
donde n es igual al número de moles del gas, P es su presión, V su volumen, R la constante universal de los gases
(8.314 J/molK) y T la temperatura absoluta del gas. Un gas real se comporta casi como un gas ideal si tiene una
densidad baja.
Preguntas
O indica pregunta complementaria.
1. ¿Es posible que dos objetos estén en equilibrio térmico si no
están en contacto mutuo? Explique.
2. Un trozo de cobre se deja caer en una cubeta con agua. Si la
temperatura del agua se eleva, ¿qué ocurre con la temperatura
del cobre? ¿Bajo qué condiciones el agua y el cobre están en
equilibrio térmico?
3. Al describir su próximo viaje a la Luna y como lo presenta la
película Apolo 13 (Universal, 1995), el astronauta Jim Lovell
dijo: “Caminaré en un lugar donde hay una diferencia de 400
grados entre la luz solar y la sombra.” ¿Qué es eso que es caliente
en la luz solar y frío en la sombra? Suponga que un
astronauta que está de pie en la Luna sostiene un termómetro
en su mano enguantada. ¿La lectura en el termómetro es la
temperatura del vacío en la superficie de la Luna? ¿Lee alguna
temperatura? Si es así, ¿qué objeto o sustancia tiene dicha
temperatura?
4. O ¿Qué ocurriría si el vidrio de un termómetro se expande
más al calentarse que el líquido en el tubo? a) El termómetro
se rompería. b) No podía usarse para medir temperatura. c)
Se podría usar para temperaturas sólo por abajo de temperatura
ambiente. d) Tendría que sostenerlo con el bulbo en la
parte superior. e) Los números más grandes se encontrarían
más cerca del bulbo. f) Los números no estarían igualmente
espaciados.
5. O Suponga que vacía una charola de cubos de hielo en un
tazón casi lleno con agua y cubre el tazón. Después de media
hora, los contenidos del tazón llegan a equilibrio térmico, con
más agua líquida y menos hielo que al principio. ¿Cuál de las
siguientes opciones es verdadera? a) La temperatura del agua
líquida es mayor que la temperatura del hielo restante. b) La
temperatura del agua líquida es la misma que la del hielo. c)
La temperatura del agua líquida es menor que la del hielo.
d) Las temperaturas comparativas del agua líquida y el hielo
dependen de las cantidades presentes.
6. O El coeficiente de expansión lineal del cobre es 17 10 6
(°C) 1 . La Estatua de la Libertad mide 93 m de alto una mañana
de verano cuando la temperatura es de 25°C. Suponga que
las placas de cobre que cubren la estatua se montan borde con
borde sin juntas de dilatación y no se doblan ni se empalman
en el marco que las soporta a medida que el día se vuelve más
caliente. ¿Cuál es el orden de magnitud del aumento de altura
de la estatua? a) 0.1 mm, b) 1 mm, c) 1 cm, d) 10 cm,
e) 1 m, f) 10 m, g) ninguna de estas respuestas.