La ley cero de la termodinámica

TEMPERATURA.

Objetivos:

Comprender el concepto de temperatura estableciendo el equilibrio térmico entre dos o más sistemas. Proponer una nueva escala empírica de temperatura y relacionarla con otras escalas conocidas, como la escala Celsius o la escala Fahrenheit.

Marco teórico.

1.- ¿Qué establece la ley cero de la termodinámica?

Si dos sistemas (de cualquier tamaño) se encuentran en equilibrio térmico entre sí y un tercer sistema se encuentra en equilibrio con uno de ellos, entonces éste se encuentra también en equilibrio térmico con el otro.

2. Definir temperatura.

Es una magnitud física que refleja la cantidad de calor, ya sea de un cuerpo, de un objeto o del ambiente. Dicha magnitud está vinculada a la noción de frío (menor temperatura) y calor (mayor temperatura).

La temperatura está relacionada con la energía interior de los sistemas termodinámicos, de acuerdo al movimiento de sus partículas, y cuantifica la actividad de las moléculas de la materia: a mayor energía sensible, más temperatura.

3. ¿Qué es un termómetro? Investigar diferentes tipos de termómetro indicando: tipo de termómetro, propiedad termométrica e intervalo de medición.

El termómetro es un dispositivo que mide la temperatura (calor o frio) alcanzando el equilibrio térmico con el cuerpo al que se le quiere medir la temperatura.

a) Termómetro de vidrio o de líquidos:

Hechos con vidrio sellado, muestra la temperatura por medio del nivel al que llega el mercurio o alcohol en una escala graduada. Estos líquidos se dilatan y contraen debido a los cambios de temperatura. Generalmente, la escala de medición que usa es Celsius, aunque también se puede expresar en grados Fahrenheit. Actualmente estos termómetros contienen alcohol coloreado debido al peligro que significa el contacto con el mercurio.

b) Pirómetros o termómetros sin contacto:

Estos miden la temperatura a partir de la radiación de calor emanada por los objetos. Estos termómetros permiten utilizarse si tener que tocar los objetos, lo que permite medirlos cuando están en movimiento o alejados, así como también cuando sus temperaturas son muy elevadas.

c) Termómetros con lámina bimetálica:

Como su nombre indica, están compuestos por dos láminas de metálicas cuyos coeficientes de dilatación son diferentes. Cuando se produce un cambio de temperatura, una de las láminas se curva primero y este movimiento se traduce en una aguja que señala la temperatura.

d) Termómetros de gas:

Esta clase de termómetros puede funcionar tanto a volumen como a presión constante. Debido a su tamaño, precio y complejidad sólo se utilizan como termómetros patrón en laboratorios con el objetivo de poder calibrar otros termómetros, ya que es un sistema muy preciso de medición de temperatura.

e) Termómetros de resistencia:

Estos miden la temperatura a través de un alambre de platino que está unido a una resistencia eléctrica que cambia según la temperatura. Generalmente se usa para medir temperaturas exteriores, es muy preciso, aunque lento.

f) Par térmico o termopar:

Se trata de termómetros que miden la temperatura a partir de una resistencia eléctrica que produce un voltaje el cual varía en función de la temperatura de conexión. Es un termómetro de toma la temperatura de forma rápida y se suelen usar en laboratorios

g) Termómetros digitales:

Estos termómetros miden la temperatura por medio de un circuito electrónico. La información que captan es enviada a un microchip que la procesa y la muestra numéricamente en la pantalla digital. Son de fácil uso, rápidos, precisos y económicos.

4. Definir escala de temperatura. Investigar sobre escalas relativas y escalas absolutas.

Es una graduación arbitraria, para medir distintas cosas, en este caso la temperatura de algún objeto.

Tres escalas sirven comúnmente para medir la temperatura. Las escalas de Celsius y de Fahrenheit son las más comunes. La escala de Kelvin es primordialmente usada en experimentos científicos.

-Escala Celsius

La escala Celsius fue inventada en 1742 por el astrónomo sueco Andrés Celsius. Esta escala divide el rango entre las temperaturas de congelación y de ebullición del agua en 100 partes iguales.

-Escala Fahrenheit

La escala Fahrenheit fue establecida por el físico holandés-alemán Gabriel Daniel Fahrenheit, en 1724. Aun cuando muchos países están usando ya la escala Celsius, la escala Fahrenheit es ampliamente usada en los Estados Unidos. Esta escala divide la diferencia entre los puntos de fusión y de ebullición del agua en 180 intervalos iguales. Las temperaturas en la escala Fahrenheit son conocidas como grados Fahrenheit (ºF).

-Escala de Kelvin

La escala de Kelvin lleva el nombre de William Thompson Kelvin, un físico británico que la diseñó en 1848. Prolonga la escala Celsius hasta el cero absoluto, una temperatura hipotética caracterizada por una ausencia completa de energía calórica. Las temperaturas en esta escala son llamadas Kelvins (K).

5. De las escalas de temperatura conocidas, ¿cuáles son empíricas y cuáles absolutas?

Escalas empiricas: Celsius y Farenheit

Escalas absolutas: Kelvin y Rankine

Problema

Proponer una escala nueva empírica (ºE) y relacionarla con la escala Celsius (°C).

Material y reactivos

• 1 probeta de 100 mL

• 2 termómetros de mercurio [-10 a 150 ºC]

• 1 vaso de precipitados de 600 mL

• 1 vaso de precipitados de 250 mL

• 1 frasco Dewar de 300 mL

• 1 mechero Bunsen o una resistencia eléctrica

.

...