Termodinamica - Yunes Cengel y Michael Boles - Septima Edicion

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CAPÍTULO 1
ecuación mediante un cálculo simple. Los valores de las constantes serán
diferentes para cada termómetro, dependiendo del tipo y la cantidad de gas
en el recipiente y los valores de temperatura asignados en los dos puntos de
referencia. Si a los puntos de hielo y de vapor se les asigna el valor 0 °C
y 100 °C respectivamente, entonces la escala de temperatura del gas coincidirá
con la escala Celsius. En este caso el valor de la constante a (que
corresponde a una presión absoluta de cero) se determina como 273.15 °C
sin importar el tipo y la cantidad de gas en el recipiente del termómetro. Es
decir, en un diagrama P-T todas las rectas que pasan por los puntos de datos
en este caso cruzan el eje de temperatura en 273.15 °C cuando se extrapolan,
como se ilustra en la figura 1-36. Ésta es la temperatura más baja que se
puede obtener mediante un termómetro de gas, por lo que se puede obtener
una escala absoluta de temperatura de gas al asignar un valor de cero a la
constante a en la ecuación 1-8. En ese caso, la ecuación 1-8 se reduce a T bP;
por lo tanto, se requiere especificar la temperatura en sólo un punto para
definir una escala de temperatura de gas absoluta.
La escala absoluta de temperatura de gas no es una escala de temperatura
termodinámica, puesto que no se puede usar a muy bajas temperaturas (debido
a la condensación) ni tampoco a muy altas (debido a la disociación e ionización).
Sin embargo, la temperatura de gas absoluta es idéntica a la temperatura
termodinámica en el intervalo en el que es posible usar el termómetro de
gas, con lo cual en este punto se puede considerar a la escala de temperatura
termodinámica como una escala de temperatura de gas absoluta que utiliza
un gas “ideal” o “imaginario” que siempre actúa como un gas de baja presión
sin importar la temperatura. Si existiera tal termómetro de gas, marcaría cero
kelvin a la presión cero absoluta, que corresponde a 273.15 °C en la escala
Celsius (Fig. 1-37).
La escala Kelvin se relaciona con la Celsius mediante
T 1K2 T 1°C2 273.15
La escala Rankine se relaciona con la Fahrenheit mediante
T 1R2 T 1°F2 459.67
(1-9)
(1-10)
Es una práctica común redondear la constante en la ecuación 1-9 a 273 y la de
la ecuación 1-10 a 460.
Las escalas de temperatura en los dos sistemas de unidades se relacionan
mediante
Extrapolación
–273.15
FIGURA 1-36
P
0
Puntos de datos
medidos
Gas A
Gas B
Gas C
Gas D
T(°C)
Gráficas P en función de T de los datos
experimentales de un termómetro de gas
de volumen constante con cuatro gases
distintos a diferentes presiones (bajas).
–273.15
T (°C)
200
225
250
275
75
50
25
0
0
T (K)
Vacío
absoluto
V = constante
0
P (kPa)
120
80
40
0
FIGURA 1-37
Un termómetro de gas de volumen
constante marcaría 273.15 °C a presión
absoluta cero.
T 1R2
1.8T 1K2
(1-11)
T 1°F2 1.8T 1°C2 32
(1-12)
En la figura 1-38 se muestra una comparación de varias escalas de temperatura.
La temperatura de referencia elegida en la escala Kelvin original fue
273.15 K (o 0 °C), que es la temperatura a la que se congela el agua (o
se funde el hielo), sustancia que existe como una mezcla sólida-líquida en
equilibrio a presión atmosférica estándar (el punto de hielo). En la Décima
Conferencia General de Pesos y Medidas de 1954, el punto de referencia se
cambió a un punto reproducible con mucha mayor precisión, el punto triple
del agua (el estado en el cual coexisten en equilibrio las tres fases del agua),