Termodinamica - Yunes Cengel y Michael Boles - Septima Edicion

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CAPÍTULO 1
una manera periódica y el flujo en estos dispositivos aún se puede analizar
como un proceso de flujo estacionario mediante valores promediados respecto
al tiempo para las propiedades.
1-8 ■ TEMPERATURA Y LEY CERO
DE LA TERMODINÁMICA
Aun cuando estamos familiarizados con la temperatura como una medida del
“calor” y el “frío”, no es fácil ofrecer una definición exacta de este concepto.
Con base en nuestras sensaciones fisiológicas, se expresa el nivel de
temperatura de modo cualitativo con palabras como frío helador, frío, tibio,
caliente y al rojo vivo; sin embargo, no es posible asignar valores numéricos
a temperaturas basándose únicamente en las sensaciones. Además, en ocasiones
los sentidos engañan. Una silla metálica, por ejemplo, se sentirá mucho
más fría que una silla de madera aun cuando ambas estén a la misma temperatura.
Por fortuna, varias propiedades de los materiales cambian con la temperatura
de una manera repetible y predecible, y esto establece una base para la
medición precisa de la temperatura. Por ejemplo, el termómetro de mercurio
utilizado comúnmente se rige por la expansión del mercurio con la temperatura.
Ésta se mide también por medio de otras propiedades dependientes de
ella.
Una experiencia común es que una taza de café caliente colocada sobre
una mesa se enfríe con el tiempo, y que una bebida fría se entibie en algún
momento. Cuando un cuerpo se pone en contacto con otro que está a una temperatura
diferente, el calor se transfiere del que está caliente al frío hasta que
ambos alcanzan la misma temperatura (Fig. 1-35). En ese punto se detiene la
transferencia de calor y se dice que los dos cuerpos han alcanzado el equilibrio
térmico. Para el cual el único requerimiento es la igualdad de temperatura.
La ley cero de la termodinámica establece que si dos cuerpos se encuentran
en equilibrio térmico con un tercero, están en equilibrio térmico entre sí.
Podría parecer tonto que un hecho tan obvio se conozca como una de las leyes
básicas de la termodinámica; sin embargo, no es posible concluir esta ley de
las otras leyes de la termodinámica, además de que sirve como base para la
validez de la medición de la temperatura. Si el tercer cuerpo se sustituye por
un termómetro, la ley cero se puede volver a expresar como dos cuerpos están
en equilibrio térmico si ambos tienen la misma lectura de temperatura incluso
si no están en contacto.
R. H. Fowler fue el primero que formuló y nombró la ley cero en 1931.
Como indica el nombre, su valor como principio físico fundamental se reconoció
más de medio siglo después de la formulación de la primera y segunda
leyes de la termodinámica y se llamó ley cero puesto que debía preceder a
éstas.
Entrada
de masa
Volumen
de control
m cV = const.
E cV = const.
Salida
de masa
FIGURA 1-34
En condiciones de flujo estacionario,
el contenido de masa y energía de un
volumen de control permanece constante.
Hierro
150 °C
Cobre
20 °C
Hierro
60 °C
Cobre
60 °C
FIGURA 1-35
Dos cuerpos que alcanzan el equilibrio
térmico después de ser puestos en
contacto dentro de un recinto aislado.
Escalas de temperatura
Estas escalas permiten usar una base común para las mediciones de temperatura.
A través de la historia se han introducido varias y todas se basan en
ciertos estados fácilmente reproducibles como los puntos de congelación y
ebullición del agua, llamados también punto de hielo y punto de vapor, respectivamente.
Una mezcla de hielo y agua que está en equilibrio con aire satu-