TEMA 1

TEMA 1
CONCEPTOS FUNDAMENTALES
Y LA LEY CERO DE LA
TERMODINÁMICA
(PARTE I)
TERMODINÁMICA
“ES UNA CIENCIA, PARTE DE LA FÍSICA, QUE
ESTUDIA LA ENERGÍA Y LA ENTROPÍA, ASÍ
COMO LAS PROPIEDADES TERMODINÁMICAS RELACIONADAS CON ELLAS, CUANDO
SE LLEVAN A CABO PROCESOS DE TRANSFERENCIA DE ENERGÍA EN UN SISTEMA
TERMODINÁMICO.”
FÍSICA
CLASIFICACIÓN
“LA FÍSICA ES LA CIENCIA QUE ESTUDIA EL
MUNDO FÍSICO Y TODO FENÓMENO FÍSICO
EN EL QUE SE EFECTÚA UNA TRANSFORMACIÓN O TRANSFERENCIA DE ENERGÍA,
CUANTIFICADA A TRAVÉS DE LA VARIACIÓN
DE SUS PROPIEDADES FÍSICAS, QUE DEFINEN EL NIVEL ENERGÉTICO DEL CUERPO
U OBJETO EN ESTUDIO (SISTEMA), ES DECIR, EL ESTADO ENERGÉTICO. DEL SISTEMA.”
SEGÚN SEA EL ENFOQUE CON QUE SE
ESTUDIA, LA TERMODINÁMICA SE
CLASIFICA EN:
CLÁSICA:
Enfoque Macroscópico
TERMODINÁMICA
ESTADÍSTICA:
Enfoque Microscopico
1
TERMODINÁMICA CLÁSICA
LEY CERO DE LA TERMODINÁMICA. Concepto
de temperatura empírica.
SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA. Establece la direccionalidad de los procesos y la cuantifica con el concepto de entropía. Establece
el Principio del Incremento de Entropía en cualquier proceso
POSTULADO DE ESTADO. Define el número de
propiedades independientes que establecen el
estado de un sistema.
PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA. Es la
expresión matemática del Principio de la Conservación de la Energía.
SISTEMA TERMODINÁMICO
Un sistema termodinámico es la porción del universo en el cual se desarrolla un fenómeno físico, específicamente termodinámico, al cual se le
efectúa un balance de energía y entropía, y con
este fin se le delimita con una envolvente imaginaria llamada frontera, a través de la cual puede
cruzar masa y también energía. Dependiendo
de lo anterior, el sistema se clasifica en uno de
los tres siguientes tipos: abierto, cerrado y
aislado.
SISTEMA TERMODINÁMICO:
Es aquella porción del universo que se aísla con el
fin de efectuar balances de energía y entropía.
FRONTERA:
Es la superficie o envolvente imaginaria que rodea
a un sistema termodinámico para aislarlo del
resto del universo.
MEDIO AMBIENTE:
Es la parte del universo que queda hacia el exterior de la frontera del sistema termodinámico.
2
SISTEMA TERMODINÁMICO
A) SISTEMA TERMODINÁMICO ABIERTO
∆E)SIST = ∆EC12 + ∆EP12 +∆U12
(+)
(-)
(+)
Q, W
(+)
(-)
Q, W
dE)SIST = dEC + dEP + dU
(-)
(+)
(-)
đQ , đW
đQ , đW
FRONTERA
Se presenta flujo de masa y energía a través de la
frontera del sistema. Por ejemplo, el proceso
de transferencia de trabajo al agua en una
bomba centrífuga, cuya frontera puede definirse como el volumen de control en el impulsor
de la bomba.
MEDIO
AMBIENTE
1
m1
Manómetro
Impulsor
∆ESIST
dm
dt v.c
Hace vacío
Q1
W
dE
dt
SISTEMA TERMODINÁMICO
ABIERTO O VOLUMEN DE
CONTROL
v.c
m2
2
H2O
Vacuómetro
Se presenta flujo de masa a través de la frontera
del sistema y hay transferencia de calor y de
trabajo entre el sistema y su medio ambiente.
3
B) SISTEMA TERMODINÁMICO CERRADO
Sólo se presenta transferencia de energía a través de
la frontera del sistema, ya que la masa del sistema
permanece constante. Por ejemplo, en un sistema
cilindro-émbolo que contiene un gas al que se le
transfiere calor con una resistencia eléctrica y se le
transfiere trabajo al aplicar una fuerza sobre el émbolo así como trabajo de flecha, lo que incrementa
la presión y temperatura del gas. Por tanto, en este
sistema sólo se presenta transferencia de energía al
gas, incrementando su energía interna, ya que no
hay variaciones de energías cinética y potencial. En
este sistema no hay flujo de masa.
F
Sistema Termodinámico
Cerrado con transferencias
de trabajo simple compresible, trabajo de flecha y
transferencia de energía en
forma de calor debido a
una corriente eléctrica que
circula por una resistencia
eléctrica. No hay flujo de
masa.
N2
W eie
QR
ε
SISTEMA TERMODINÁMICO AISLADO
đQ = 0
tapa
C) SISTEMA TERMODINÁMICO AISLADO:
đW = 0
Pb
dE) SIST. = 0
agua
Se presenta cuando en el sistema no hay flujo de
masa ni transferencia de energía en la frontera,
por lo cual, la energía como propiedad del sistema permanece constante.
Q=0 y w=0
Frontera
Pared adiabata
o adiabática y
Vacio rígida
Calorímetro
de vacio
No hay flujo de
masa a través de
La frontera, ni inTercambio de
Con su medio ambiente
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MEDIOS FÍSICOS Y SUS
CARACTERÍSTICAS
Son los espacios físicos en los cuales se llevan a
cabo los fenómenos físicos. Por ejemplo: el aire es
el medio físico en el que se propagan las ondas
sonoras; el aceite es el medio físico para la transmisión de presión de un gato hidráulico, etc..
En termodinámica, a los medios físicos se les conceptualiza con el término de sistema termodinámico, con la finalidad de delimitar una cantidad de
masa o un espacio en estudio.
ISOTROPISMO O ISOTROPÍA: Un medio es isótropo con respecto a una propiedad física, si la
cuantificación de la propiedad física en un punto
dado no depende de la dirección o sentido en
que se lleve a cabo la medición de dicha propiedad física, es decir, no depende de ningún sistema de referencia.
Por ejemplo, el agua de una alberca es un medio
isotrópico con respecto a la temperatura, ya que
el termómetro puede tener cualquier posición
dentro del agua y la lectura de la temperatura no
cambia.
HOMOGENEIDAD: Es cuando el medio posee el
mismo valor de la propiedad física en todos los
puntos del sistema. Por ejemplo, el agua de una
alberca es homogénea con respecto a la densidad, pero no lo es con respecto a la presión.
LINEALIDAD: Un medio físico es lineal con respecto a una propiedad física, si al variar su masa, la propiedad física varía linealmente. Por
ejemplo, el volumen del agua de la alberca es
una propiedad lineal para este sistema, ya que
si varía la masa del agua, el volumen varía con
un factor de proporcionalidad igual a la densidad del agua.
PROPIEDADES FÍSICAS
PROPIEDAD FÍSICA. Es la que define un aspecto
del estado energético del sistema, en un espacio y tiempo dado en que se ubica un objeto o
cuerpo físico que se denomina Sistema Termodinámico. De esta manera, las propiedades
físicas definen el estado del Sistema Termodinámico.
PROPIEDAD INTENSIVA: Es aquella cuyo valor o
magnitud no cambia cuando varía la masa, por
lo cual las propiedades intensivas son independiente de la masa del sistema. Por ejemplo: la
densidad, la capacidad térmica especifica, la
presión, la temperatura, etc.
5
PROPIEDAD EXTENSIVA: Es aquella cuyo valor
o magnitud cambia si la masa varía. Por lo
tanto, las propiedades extensivas dependen de
la masa del sistema. Por ejemplo: el volumen, el
peso, la energía, la masa, etc.
TIPOS DE CANTIDADES
CANTIDAD VECTORIAL: Es aquella que, además de su valor o magnitud, se tiene que especificar una dirección y un sentido con respecto a
un sistema de referencia, para especificarla
completamente. Por ejemplo: el desplazamiento, la velocidad, la aceleración, la fuerza, el campo magnético, etc.
CANTIDAD ESCALAR: Es toda cantidad física
que queda completamente determinada con el
valor de su magnitud y no depende de ningún
sistema de referencia, ni de su dirección o sentido. Por ejemplo: presión, temperatura, energía
interna específica, capacidad térmica específica,
etc.
A continuación se conceptualizan algunas propiedades físicas que se emplean en procesos
termodinámicos, relacionados con los fluidos y
la presión, como son la densidad, densidad
relativa y peso específico.
MASA (m). Desde el punto de vista de la
mecánica, se define que la masa que tiene un
cuerpo es la oposición o resistencia a cambiar
su estado de reposo o movimiento
uniformemente acelerado.
De acuerdo al SI, el kilogramo se define como:
KILOGRAMO (kg).Es la unidad de masa y queda definida como la
masa patrón de platino iridio conservado por el
Buró Internacional de Pesas y Medidas en Sevres, Francia y fue aprobada por la Conferencia
General de Pesas y Medidas en 1901
Para cuantificar la masa, Newton se apoyó en los
experimentos de Galileo, los cuales lo llevaron a
atribuir a todos los cuerpos una propiedad llamada inercia (masa), entendida como la oposición que presenta un cuerpo a cambiar
su estado inicial de reposo o movimiento uniformemente acelerado, al aplicársele una fuerza. La masa masa es una dimensión fundamental en el Sistema Internacional (SI).
FUERZA (F). Con base en la Primera Ley de Newton, la fuerza se concibe como la medida del
poder de un agente externo que causa un
cambio en el estado de reposo o de movimiento
uniformemente acelerado con respecto a un
sistema de referencian.
6
La unidad de la fuerza es el Newton [N] y una
unidad dedivada en el SI, que se define a partir
de la Segunda Ley de Newton:
F = ma
DENSIDAD:
ρ = dm
dV
Se considera que los sólidos y los fluidos son un
medio homogéneo, lineal, isotrópico y continuo.
EJEMPLO: dm
1Newton [N] = [1kg] – [1m/s²]
DENSIDAD (ρ). Es la masa por unidad de volumen que tiene un sistema termodinámico, cuya
masa se considera que es un medio homogéneo, lineal e isotrópico, cuya definición
matemática se presenta a continuación:
DENSIDAD RELATIVA (δ). Es la densidad de una
sustancia dividida entre la densidad estándar
del agua (ρ(H2O ) = 1,000.0 (Kg/m³)), por lo tanto, la densidad relativa es adimensional.
δ=
ρ (sustancia)
ρ (H2O)
PESO ESPECÍFICO (γ), Es el peso de un cuerpo o sistema termodinámico por unidad de
volumen. Es una cantidad vectorial, cuya
expresión matemática está dada por la
siguiente ecuación
dz
dV = dxdydz
dy
dx
γ = ρg Kg
m³
m = N
s²
m³
Para llevar a cabo el estudio de la acción de las
fuerzas de origen mecánico en los fluidos, es
conveniente analizar sus características.
FLUIDO. Es el estado físico de la sustancia o materia
cuya característica fundamental consiste en que
adopta la forma del recipiente que lo contiene, debido a que sus moléculas no tienen una posición
fija entre si, ya que la energía de enlace de las moléculas no es lo suficientemente grande y permite
un movimiento relativo entre ellas.
7
LÍQUIDO: Es un fluido cuyas moléculas conservan, prácticamente, una distancia fija entre sí,
aunque la posición relativa de las moléculas no
sea fija, como en el caso de las moléculas de un
sólido. Por lo anterior, la variación del volumen
es despreciable cuando hay cambios de presión
y temperatura, considerando por lo tanto, que su
densidad es constante.
energía de enlace prácticamente nula, por lo cual
la distancia entre ellas es variable, depen-diendo
de la temperatura y presión del gas, por lo cual, su
densidad es variable.
En el caso de los gases consideramos que
ρ = variable
(compresibles)
Consideramos en el caso de los líquidos
ρ = constante (incompresibles)
PRESIÓN
ESTÁTICA DE
FLUIDOS
Dadas las características de los fluidos (líquidos o
gases), la aplicación de una fuerza no puede llevarse a cabo como en el caso de los sólidos, ya
que éstos, por su estructura molecular «soportan» la acción directa de una fuerza. En el caso
de los fluidos, al aplicarse la fuerza las moléculas «resbalan», para efectuar su acción se requiere que el fluido esté confinado en un recipiente o dispositivo que tenga una superficie movible sobre la cual actúe la fuerza y transfiera su
efecto al fluido a través de dicha superficie. Esto
se logra generalmente mediante un dispositivo
cilindro-émbolo.
8
σy
F
F
F
Desde el punto de vista físico, la presión del aire
es la fuerza con que chocan las moléculas
contra la superficie:
σx
H2O
Sólido
La presión es, por tanto, la fuerza por unidad de
área que actúa sobre un fluido estático que se
encuentra confinado en un sistema cerrado.
Líquido
Gas
A
AIRE
FLUIDOS
La fuerza
debe ser
┴ al área.
F = Presión
A
P = F/A
∆t
Desde el punto de vista microscópico, la presión
es el promedio de la fuerza que actúa sobre la
superficie, debido al cambio de la cantidad de
movimiento de las moléculas que chocan contra
dicha superficie. Desde el punto de vista macroscópico, la presión es la fuerza con la que un
fluido se manifiesta, a través de una superficie,
sobre una sustancia confinada y sólo en
dirección perpendicular.
Donde:
F = Fuerza [N]
P = Presión [N/m²]
ˆ
ˆ = Vector unitario normal
n
A = Área [m²]
F α Anˆ
An̂
Presión = 1Newton =1 Pascal
1 metro²
F = PAnˆ
N = N -m²
m²
9
ENUNCIADO DE PASCAL
La fuerza aplicada sobre un fluido confinado
siempre se manifiesta en todas direcciones y
perpendicular a la superficie en la que actúa.
Bomba de
Pascal
ESTÁTICA DE FLUIDOS
Como su nombre lo indica, un fluido estático permanece en reposo, con respecto a un sistema de
referencia, siempre y cuando la sumatoria de las
fuerzas que actúan sobre el fluido sea igual a cero, de igual manera a como ocurre con un sólido.
La diferencia de efectuar un análisis de fuerzas en
un sólido con respecto a un fluido, radica en el hecho de que las moléculas del sólido tienen una
energía de enlace lo suficientemente grande para
mantenerlas fijas entre si.
BLAISE PASCAL
(1623 - 1662)Matemático, físico, filósofo católico y escritor.
Sus contribuciones a las matemáticas y las ciencias naturales incluyen el diseño y construcción de calculadoras mecánicas, aportes a la teoría de
probabilidad, investigaciones
sobre los fluidos y la aclaración de conceptos tales como
la presión y el vacío.
Bajo la consideración anterior, el estudio de las fuerzas que actúan sobre un fluido estático, implica
considerar que el análisis mecánico del fluido en
reposo, con respecto a un sistema de referencia,
considera que el fluido es un medio homogéneo,
lineal e isotrópico.
A continuación se hace un análisis de fuerzas de un
fluido en reposo, por ejemplo agua contenida en un
tanque, para determinar como varía la presión
cuando se dan variaciones en las direcciones “X”,
“Y” y particularmente con respecto al eje “Z”, y
obtener el modelo matemático que involucre las
variables físicas en cuestión.
10
PATM
1
FLUIDO
Z
Y
X
VARIACIÓN DE PRESIÓN EN FLUIDOS
ESTÁTICOS
GRADIENTE DE PRESIÓN
Σ Fz = F1 – F2 – gdm = 0 . . . (1)
Para llevar a cabo el
análisis de un fluido
estático se requieren
definir los conceptos
de algunas propiedades físicas que intervienen en el análisis
de la variación de
presión en el fluido.
F1
F2 = P2A
dz
dz
z
A1=A2
F2
z1
Peso(agua) = gdm
F1= PA
y
x
GRADIENTE DE PRESIÓN
A
dm = diferencial de masa
Al sumergirnos en el agua, percibimos que se intensifica un malestar en nuestro oído debido a que la
presión del agua aumenta, es decir, en el agua la
presión “P” es una función de la altura “Z”, por
tanto, establecemos que P = P(Z); entonces:
P1 → z,
P2 = P1 + dP → z = z, + dz,
de acuerdo al sistema de referencia que se muestra
en la figura.
Por otra parte, de la ecuación P = F/A, se despeja F
para los puntos 1 y 2 del elemento de agua en
estudio, quedando:
2
F1 = AP1, y F2 = AP2 = A(P1 + dP)
11
Sustituyendo estos términos en la ecuación (1), se
tiene que:
Σ Fz = P1A – P2A – gdm = 0
Desarrollando términos:
Σ Fz = P1A – (P1 + dP)A – gdm = 0
Simplificando términos:
Σ Fz = - AdP – dmg = 0
Despejando “dP” de la ecuación anterior:
dP = -dmg
A
kg – m - 1 =
s² m²
N
m²
Expresando la diferencial de masa en función de
la densidad: dm = ρdV = ρAdz
Sustituyendo:
dP = -ρAdzg dP = -ρgdz
A
Ecuación del
Gradiente de
Presión
En la dirección del campo gravitatorio, o bien, perpendicularmente a la superficie terrestre.
PRESIÓN ATMOSFÉRICA
MODELO EMPÍRICO DE LA PRESIÓN
ATMOSFÉRICA
Es la presión que ejerce el aire en cualquier punto
dentro de la atmósfera terrestre, debido al peso
por unidad de área que ejerce la columna del aire
desde el punto en cuestión hasta donde termina
la atmósfera.
Barómetro de Torricelli
TIERRA
Tierra
•Columna de
Aire al nivel
del mar
Z
P=0
(2)
Patm
h = 76 cm de Hg
(1)
P
Y
X
Hg
12
P1 = Patm = ρgh)Barómetro
Es la presión que ejercen las moléculas de aire
equivalente al peso por unidad de área a una
altura determinada sobre el nivel del mar.
BARÓMETRO
De nuestro dibujo del Barómetro tenemos:
∫
2
∫
Es el instrumento de medición de la presión atmosférica, que permite obtener el valor absoluto
del paso de las moléculas del aire que por unidad de área se manifiesta en cada punto de la
atmósfera.
2
dP = - ρgdz
1
1
P2 – P1 = -ρHgg(z2 – z1) = -ρgh) barómetro
0
.
Patm = 101,325.0 [Pa]
Nivel del Mar
P2 – P1 = -ρgh)barómetro
EVANGELISTA
TORRICELLI
(1608 - 1647).Matemático y físico italiano. Descubrió y determinó el valor de la presión
atmosférica y en 1643 inventó el barómetro. Una unidad
de medida, el torr, utilizada
en física para indicar la presión barométrica cuando se
trabaja en condiciones cercanas al vacío, se denomina
así en su honor.
PRESIÓN MANOMÉTRICA. Es la presión de un fluido dada por un instrumento de medición denominado manómetro, cuyo valor medido es relativo a
la presión atmosférica local.
MANÓMETRO. Es el instrumento de medición de
presión que indica valores relativos, de la fuerza
por unidad de área que ejerce un fluido, con respecto a la presión atmosférica.
MANÓMETRO EN “U”
h=0
Hg
13
Aplicando la ecuación del Gradiente de Presión al
Manómetro en «U»
Patm
2
2
hman
1
1
2
∫dP = ∫-ρgdz
1
1
1
P2 – P1 = - ρg(z2 – z1) = -ρgh)manómetro
Gas
LP
Pgas > Patm
PATM – PGAS)LP = -ρgh)manómetro = Pman)gas
MANÓMETRO EN ”U”
PARA MEDIR PRESIONES
MAYORES QUE LA
PRESIÓN ATMOSFÉRICA
Pman)gas = -ρgh)manómetro
Despejando Pgas de la ecuación anterior
Pgas = PATM + Pman)gas; Pgas > PATM
P
Pgas = P1 = Pman + Patm
Pman = ρgh)man
Pabs.gas
Pgas = Pman + Patm
MANÓMETRO EN “U”
PARA MEDIR PRESIONES
DE VACÍO
Pman
Patm
0’
Pabs.gas = Prel.gas+Patm
0
Vacuómetro
Es una presión
menor a la
presión atmosférica.
CONCLUIMOS
Pabs > Patm
Pabs = Pman + Patm
Patm
VACÍO
2
Aire
hvac
1
1´
Pabs aire < Patm
F
14
Aplicando la ecuación del Gradiente de Presión al
Vacuómetro en «U»
2
Despejando Paire de la ecuación anterior
Paire = PATM – Pvac)aire
2
∫dP = ∫-ρgdz
1
1
Paire < PATM
Integrando:
P2 – P1 = - ρg(z2 – z1) =
Paire – PATM = -ρgh)vacuómetro = -Pvac)aire
Pvac)aire = -ρgh)vacuómetro
P1 = Patm = Pvac + Pabs.aire
MANÓMETRO EN “U”
Pabs.aire = Patm – Pvac
Pvac = ρgh)vac
Patm
Patm
P
Mano-vacuómetro
Patm
0’
Pvac
Pabs.aire
Pabs > Patm
(Manómetro)
Pabs = Patm + Pman
0
15
Pabs < Patm (vacuómetro)
Pabs = Patm – Pvac.
MANÓMETRO DE BOURDON
Pabs > Patm
Pabs
Funciona al igual que el manómetro y el vacuómetro
http://www.sapiensman.com/neumatica/neumatica34.
htm
Pman
Patm
0’
Pvac
Pabs < Patm
Pabs
0
BOURDON, EUGÈNE
(1808 - 1884). Ingeniero e industrial francés. En 1849 inventó un manómetro metálico
que fue utilizado por la marina
francesa en las calderas de
vapor. También fabricó otros
muchos dispositivos, como
una trompa de vacío, un reloj
neumático y un taquímetro.
LEY CERO DE LA
TERMODINÁMICA
La Ley Cero de la Termodinámica lleva este nombre debido a que se vio la necesidad de redefinir conceptos de fenómenos físico en los que
se involucran:
calor,
energía interna,
equilibrio térmico,
temperatura y
termómetro, entre otros.
16
Ya que en el siglo XIX y principios del XX eran
equívocos estos conceptos, lo cual se encontró
después de haber enunciado la 1ª y 2ª Leyes de la
Termodinámica, y estas requerían del soporte
conceptual correcto.
La Ley Cero de la Termodinámica permite explicitar dichos conceptos, para una estructuración
adecuada de esta área de la Física.
Pared diatérmana
o diatérmica (1Q2 = 0)
LEY CERO DE LA TERMODINÁMICA
ENUNCIADO:
“Si se tiene un sistema “A” que se encuentre en
equilibrio térmico con un sistema “C”, y por otra
parte, si se tiene un sistema “B” en equilibrio
térmico con el mismo sistema “C”, entonces, se
concluye que los sistemas “A” y “B” están en
equilibrio térmico.”
Pared diatérmana
o diatérmica (1Q2 = 0)
V (cm³ x 10⁻⁶)
V (cm³ x 10⁻⁶)
C (.)
C (.)
A ((.))
A ((.))
Pared adiabata o
adiabática (1Q2 = 0)
B (((.)))
B (((.)))
Pared adiabata o
adiabática (1Q2 = 0)
17
Pared diatérmana
o diatérmica (1Q2 = 0)
Pared diatérmana
o diatérmica (1Q2 = 0)
V (cm³ x 10⁻⁶)
V (cm³ x 10⁻⁶)
C (.))
C (.))
A ((.)
B (((.)))
B (((.)))
A ((.)
VC → A
Pared adiabata o
adiabática (1Q2 = 0)
Celsius
(°)
Pared diatérmana
o diatérmica (1Q2 = 0)
VC → A
Pared adiabata o
adiabática (1Q2 = 0)
Celsius
(°)
Pared diatérmana
o diatérmica (1Q2 = 0)
V (cm³ x 10⁻⁶)
V (cm³ x 10⁻⁶)
100°
Ebullición
del H2O
VC → B
C ((.))
VC → B
C ((.))
Agua con hielo
B ((.))
A ((.)
A ((.)
Agua vapor de agua
B ((.))
Fusión
del H2O
0°
VC → A
Pared adiabata o
adiabática (1Q2 = 0)
Celsius
(°)
Pared adiabata o
adiabática (1Q2 = 0)
VC → A
Celsius
(°)
18
ANDERS CELSIUS
(1701 - 1744) Astrónomo sueco, fue el primero que propuso
el termómetro centígrado, que
tiene una escala de 100 grados
que separan el punto de ebullición y el de congelación del
agua.
TEMPERATURA. Es el parámetro con el cual se
establece el nivel energético molecular de un
sistema, es decir su energía interna, con respecto a un nivel de energía absoluto o relativo.
TERMÓMETRO: Es un dispositivo o instrumento
de medición que transduce los cambios de la
energía molecular de un sistema al cambio de
una propiedad física macroscópicamente observable, como puede ser el cambio de volumen, resistencia eléc-trica, diferencia de potencial, presión, luminosidad, etc. Al escalar esta
variable termométrica a un punto de referencia
absoluto o relativo, se cuantifica la temperatura.
PARED DIATÉRMANA O DIATÉRMICA: Es aquella
que permite el flujo o transferencia de calor, pero
no la transferencia de trabajo. Es una pared ideal.
PARED ADIABATA O ADIABÁTICA: Es aquella que
permite el flujo o transferencia de trabajo, pero no
la transferencia de calor. Es una pared ideal.
EQUILIBRIO TÉRMICO. Se presenta cuando dos
cuerpos o sistemas termodinámicos tienen el
mismo nivel energético molecular, que a nivel
macroscópico equivale a que se encuentran a la
misma temperatura.
ESCALAS DE TEMPERATURA EMPÍRICA
RELATIVA Y ABSOLUTA
Cuando en un termómetro se escalan los cambios
lineales de una propiedad física macroscopicamente observable del sistema en estudio, debido a los cambios en la energía interna de dicho
sistema, se dice que se establece una escala
de temperatura empírica.
La escala de temperatura empírica puede estar
referida, para cuantificar los cambios
19
energéticos, ya sea a un punto arbitrario, con lo
que se establece una escala de temperatura empírica relativa; o bien, referido a un nivel de energía molecular cero, y establecer una escala de
temperatura empírica absoluta.
TEMPERATURA ABSOLUTA O RELATIVA: Es
el parámetro cuyo valor numérico está dado en
gra-dos y hace referencia a la energía interna del
sis-tema, que se asocia a la energía molecular de
dicho sistema, ya sea referido a una escala de
temperatura absoluta o relativa.
TIPOS DE TERMÓMETROS
DILATACIÓN
- Volumétrica
- Superficial
- Lineal
La sustancia
termométrica: Hg
Mezcla
Liquidovapor
Mezcla
Sólidoliquido
100ºC
0ºC
H2O
Hg
((.))vidrio
Escala de
temperatura
relativa
Q
DIFERENCIA DE
POTENCIAL
RESISTENCIA
ELÉCTRICA
La sustancia termométrica:
Semiconductor
ε
+ -
La sustancia termométrica:
Termopar
A
Intensidad Luminosa (Pirómetros)
Alambre 1
(de diferente
material)
-La sustancia termométrica es:
Termistor
(pastilla de
carbono)
-Barra de aleación metálica.
-La propiedad termométrica es:
B
0ºC
Amperímetro
La intensidad luminosa
Alambre 2
Voltímetro
La escala es:
Color - temperatura
20
DIFERENCIA DE PRESIÓN
Termómetro de Gas a Volumen Constante, es el
Termómetro Patrón del Sistema Internacional de
Medidas.
100º
ESCALAS DE TEMPERATURA
EMPÍRICA Y ABSOLUTA
T (ºC)
T (K)
100 ºC 373.15 K
Tubo
capilar
O2
0 ºC 273.15 K
0
0´
Gas
ideal
0º
Presión
Tubo
flexible
-273.15 ºC
0 Kelvin
Hg
Ampolleta de cuarzo
Kelvin, William Thomson
Lord (1824 - 1907). Matemático y físico británico. En 1848
Kelvin estableció la escala
absoluta de temperatura que
sigue llevando su nombre.
.
ESCALAS DE TEMPERATURA
Kelvin
Celsius
373.15 K
100 ºC
100
273.15 K
Farenheit
Rankine
212 ºF
671.6 ºR
180
0 ºC 32 ºF
0 ºF
0K
ºC = K - 273.15
-273.15 ºC
-459.6 ºF
ºF = 1.8 ºC + 32
0º F 459.6º R
0 ºR
ºF = ºR - 459.6
21
FAHRENHEIT, DANIEL GABRIEL KELVIN
(1686 - 1736). Físico alemán. En
1714 construyó el primer termómetro con mercurio en vez de alcohol. Con el uso de este termómetro, concibió la escala de temperatura conocida por su nombre. Descubrió que además del
agua, hay otros líquidos que tienen un punto de ebullición determinado y que estos puntos de
ebullición varían con los cambios
de presión atmosférica.
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