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Universidad Nacional
Autónoma de México
Facultad de Química
Departamento de Fisicoquímica
Laboratorio de Termodinámica
“ TEMPERATURA ”
Profesor: M. en C. Gerardo Omar Hernández Segura
OBJETIVO GENERAL
Que el alumno comprenda el
concepto de temperatura
mediante el establecimiento
del equilibrio térmico entre dos
o más sistemas.
PROBLEMA:
Basándose en la Ley Cero de la Termodinámica,
proponer una nueva escala de temperatura empírica
Estudiante (ºE) y relacionarla con la escala de
temperatura Celsius (ºC).
SISTEMAS TERMODINÁMICOS QUE NO INTERACTÚAN
Sistema 1
Sistema 2
X1, y1,…
X2, y2,…
SISTEMAS TERMODINÁMICOS QUE INTERACTÚAN
Sistema 1
Sistema 2
X1, y1,…
X2, y2,…
pared diatérmica
pared adiabática
EQUILIBRIO TÉRMICO
Estado inicial:
T1
Proceso
T2
T1
T1 ≠ T2
T2
Pared diatérmica
Estado final:
T1
T2
T1 = T2
Equilibrio
térmico
Ral ph H. Fowl er
LEY CERO DE LA TERMODINÁMICA
Sistema A
Sistema B
Sistema A
Sistema B
Sistema C
Sistema C
(a)
(b)
Define el concepto de temperatura como una propiedad no
mecánica e intensiva, función de estado que permite saber si al
menos dos sistemas en contacto a través de una pared se
encuentran o no en la condición de equilibrio térmico entre sí.
MEDICIÓN DE LA TEMPERATURA
Para medir la Temperatura, es preciso ir más allá de los
“parámetros frío-caliente “ pues resultan ambiguos si
quisiéramos clasificar a más de dos sistemas
termodinámicos.
¿Cómo podemos medi r est a pr opi edad
l l amada t emper at ur a?
¿QUÉ SE NECESITA PARA MEDIR TEMPERATURA?
Inst r ument o
Una pr opi edad que se
modi f i que con
l a Temper at ur a
Punt os de r ef er enci a
Punt os f i j os
Escal a
MEDICIÓN DE TEMPERATURA Y
TERMÓMETRO
Termómetro:
Dispositivo experimental que es un
sistema termodinámico que posee
una propiedad que varía de manera
proporcional con la temperatura de
forma reproducible y repetible.
Termoscopio de Galileo:
Diferentes tipos de Termómetros:
La ley cero de la
termodinámica
justifica la
utilización de
un termómetro
que es el tercer
sistema C.
EJEMPLOS DE TIPOS DE TERMÓMETROS
La temperatura se mide por
la lectura de presión de un
gas a vol umen const ant e
Pirómetro óptico: la
temperatura del objeto (un
horno por ejemplo) se obtiene
comparando el color de la
llama con el del filamento de
una lámpara eléctrica.
Termómetro clínico
Termómetro sólido
ALGUNOS EJEMPLOS DE TERMÓMETROS
La propiedad que posee un sistema (termómetro) que varía de forma proporcional
con la temperatura además de ser reproducible y repetible, se le denomina
propiedad termométrica. Ejemplos: presión, valomen, densidad, resistencia, f.e.m.
Propiedad
termométrica:
Ejemplo:
Intervalo de
medición (°C):
longitud de la
columna de líquido
mercurio en vidrio
-39 a 300
resistencia eléctrica
Termistor
(term. digital)
-60 a 399
fuerza electromotriz
termopar
-196 a 1093
cambios ópticos
pirómetro óptico
750 a 5000 (+)
La relación entre el valor de la propiedad termométrica ( x) y de l a
t emper at ur a def i ne una escal a l i neal : t = ax + b
ESCALAS TERMOMÉTRICAS
1887
1700’s
Newton
1a escala
termométrica
1592
Galileo
Invención del
termoscopio
1a
1742
Celsius
Escala 0-100
1714
Fahrenheit
1er
termómetro
líquido en
vidrio
BIPM
Define escala
temp. con 2
ptos.fijos
0-100 (1 atm)
1848
Kelvin
Escala
absoluta de
temperatura
1931
Fowler
Ley Cero
LCE/2003
TIPOS DE ESCALAS TERMOMÉTRICAS
Escala Celsius (ºC)
Escalas de temperatura
En uso
Escala Fahrenheit (ºF)
Empíricas ó
relativas
Escala Réaumur (ºRé)
Escala Romer (ºRo)
En desuso
Escala Newton (ºN)
Escala Leiden (ºL)
Escala Deslisle (ºD)
Absolutas ó
termodinámicas
Escala Kelvin (K)
Escala Rankine (R)
ESCALAS TERMOMÉTRICAS
671.69
373.15
273.15
Cero Absoluto
100
491.69
0
0
Fahrenheit
Escalas Empíricas
Celsius
Kelvin
Rankine
Escalas Absolutas
0
-273.15
212
32
-460
Punto normal de
ebullición del agua
Punto normal de
congelación del agua
100
100
0
Rankine
Kelvin
Celsius
212
100
373.15
273.15
Fahrenheit
DIVISIONES
ENTRE
PUNTOS
FIJOS
Divisiones
entre LOS
los puntos
fijos
671.69
180
32
491.69
180
EJEMPLO DE RELACIÓN ENTRE DOS ESCALAS DE TEMPERATURA
°C
°F
100°C
100
0°C
212°F
tC
tF
180
32°F
tº C 0
100 0
tº C
100
t º F 32
212 32
t º F 32
180
ESCALAS DE TEMPERATURA t (ºF) VS t (ºC)
tº F
9
t º C 32
5
ESCALAS DE TEMPERATURA t (ºC) VS t (ºF)
tº C
5
(t º F 32)
9
ESCALAS DE TEMPERATURA T (K) VS t (ºC)
T ( K ) t º C 273.15
t º C T ( K ) 273.15
ESCALAS DE TEMPERATURA T (R) VS T (K)
DIFERENCIAS DE TEMPERATURAS
373.15
Celsius
100
ΔT (K)
273.15
0
T (K )
100
t (º C )
100
212
ΔtºC
T ( R)
180
671.69
ΔtºF
32
t (º F )
180
Rankine
Ti
Ti
Ti
Ti
Fahrenheit
Tf
Kelvin
T
T 0; T f
T 0; T f
T 0; T f
491.69
ΔT (R)
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
Cubrir con masking
tape la escala de uno
de los termómetros
permitiendo que se vea
la columna de mercurio
DETERMINACIÓN DEL PUNTO FIJO INFERIOR
(PUNTO DE FUSIÓN)
• Llenar el vaso Dewar con hielo y
un poco de agua
• Introducir en el hielo los dos
termómetros y esperar a que se
alcance el equilibrio térmico
• Registrar la temperatura que
marca el termómetro en °C y
marcar sobre el masking tape del
otro termómetro, la altura que
alcanza la columna de mercurio
• A esta temperatura se le considera
el punto fijo inferior de la escala
estudiante (°E)
DETERMINACIÓN DEL PUNTO FIJO SUPERIOR
(PUNTO DE EBULLICIÓN)
• Calentar
agua
hasta
su
temperatura
de
ebullición.
Mantener el agua hirviendo
• Introducir los dos termómetros en
el vaso y esperar a que se alcance
el equilibrio térmico
• Registrar la temperatura en ambos
termómetros (como se hizo en el
punto anterior)
• A esta temperatura se le considera
el punto fijo superior de la escala
estudiante (°E)
DETERTERMINACIÓN DE LOS PUNTOS INTERMEDIOS
Preparar 4 mezclas de agua fría-agua
caliente en el frasco Dewar como se indica
a continuación:
Mezcla:
Cantidad:
Mezcla 1:
80 mL H2O caliente + 20 mL H2O fría
Mezcla 2:
60 mL H2O caliente + 40 mL H2O fría
Mezcla 3:
40 mL H2O caliente + 60 mL H2O fría
Mezcla 4:
20 mL H2O caliente + 80 mL H2O fría
• Determinar la temperatura (equilibrio
térmico) en los dos termómetros (°C
y °E) para cada mezcla.
• Vaciar estos datos en la Tabla 2.
DISPOSITIVO EXPERIMENTAL:
Punto de fusión
P nto de
u
ebullición
P nt os
u
i nt er medi os
¿Cómo se cambia de la escala en cm a la estudiante?
teb
z(cm)
t (ºE)
Z (cm)
teb (ºE)
X (cm)
t (ºE)
1
2
3
t (ºE)
4
tfus
0 cm
X 0
Z 0
tfus (ºE)
t (º E ) t fus (º E )
teb (º E ) t fus (º E )
X (cm)
teb
Y (punto fijo superior)
Y
Celsius
Estudiante
ESCALA DE TEMPERATURA ESTUDIANTE
Yc
1
2
t °E -X t °C -X C
=
Y-X YC -X C
Y-X
3
4
tfus
X (punto fijo inferior)
X
Xc
Yc - Xc
TABLA 1: DATOS DE PUNTOS FIJOS
Puntos fijos:
tºC
tºE
teb H2O
tfus H2O
TABLA 2: DATOS EXPERIMENTALES DE MEZCLAS
Experimento: Z (cm)
teb H2O
Mezcla 1
Mezcla 2
Mezcla 3
Mezcla 4
tfus H2O
tºE exp.
tºC exp.
tºC ec. teórica
tºC ec. Excel
Profesor: M. en C. Gerardo Omar Hernández Segura
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