Ley Cero De La Termodinamica

Fig. 1.18 Sistema cuyo estado viene determinado por la presión.

Si los sistemas A y B se ponen en contacto a través de una pared adiabática no existirá interacción térmica pero si la pared es diatérmica se producirá una interacción térmica entre ambos sistemas, que traerá consigo el cambio de los valores iniciales de L y P hasta alcanzar unos valores fijos (véase la Figura 1.19). Como conclusión, “cuando dos sistemas están separados por una pared diatérmica interactúan mutuamente hasta alcanzar un estado de equilibrio térmico.”

Fig. 1.19. Sistemas A y B en contacto.

Representemos ahora dos sistemas A y B separados por una pared adiabática y cada uno de ellos en contacto con un tercer sistema C cerrándose todo el conjunto por una pared adiabática

Fig. 1.20. Sistemas A y B en equilibrio térmico con C.

La experiencia demuestra que los sistemas llegan a alcanzar el equilibrio térmico con C, y que, si la pared adiabática que separa a A de B se reemplaza por una pared diatérmica no tiene lugar ningún otro cambio.

Este hecho experimental confirma la conocida ley cero de la Termodinámica que se puede enunciar así:

“Dos sistemas en equilibrio térmico con un tercero están en equilibrio térmico entre sí”.

CONCEPTO DE TEMPERATURA

La temperatura es la propiedad de los sistemas que determina si se encuentran o no en equilibrio. La temperatura de un sistema es la propiedad de la cual depende que un sistema se encuentre en equilibrio térmico con otros. Por tanto, cuando dos o más sistemas están en equilibrio térmico tienen la misma temperatura.

Para cualquier sistema se puede definir la magnitud de su temperatura. En el caso de un fluido se puede demostrar racionalmente que existe una función de las propiedades termodinámicas (presión y volumen) que adopta el mismo valor para todos los fluidos que se encuentran en equilibrio térmico entre sí. Si se tiene n fluidos A, B, C,.... en equilibrio se tendrá:

Donde j A, j B, j C.... son las funciones y PA, PB, PC... y VA, VB, VC,... son las presiones y volúmenes de equilibrio.

La ecuación t= j (P,V) recibe el nombre de ecuación de estado del fluido. Como t está determinada por P y V, se puede considerar que el fluido queda descrito por dos cualesquiera de las tres variables P, V y t. La función j (P,V) = constante define en el plano P-V una curva llamada isoterma.

Es necesario establecer una forma operacional que permita medir la temperatura. Considerando dos sistemas A y B descritos por las propiedades termodinámicas (x,y) y (x´, y´) respectivamente. Para un cierto estado del sistema A determinado por los valores (x1,y1) la funciónj A será j A1(x1,y1) y existirán infinitos estados (x1´,y1´), (x2´,y2´) ..... para los cuales el sistema B estará en equilibrio térmico con el A, es decir:

Al representar las parejas en un diagrama bidimensional resulta una curva donde se visualizan los diversos estados del sistema B en equilibrio térmico con el sistema A.

Fig. 1.21 Estados del sistema B en equilibrio térmico con el sistema A.

La línea obtenida corresponde a una isoterma de temperatura.

Para poder adoptar una escala empírica de temperatura, es necesario elegir un sistema de referencia. Este sistema lo constituye el termómetro el cual está descrito por las propiedades termodinámicas x,y. Es conveniente, por razones de simplicidad, elegir como termómetro los sistemas en los que al realizar la medida varía una propiedad y la otra permanece constante.

Haciendo y=y1=constante, el corte de la línea con diversas isotermas determina puntos que tienen igual valor de “y” pero diferente valor de “x”. La temperatura asociada a cada isoterma se toma en función de x: t=t(x). La propiedad “x” se denomina propiedad termométrica, la propiedad “y” variable fija y la forma de la función t=t(x) determina la escala de temperatura.

Fig. 1.22 Puntos que tiene igual valor de “y” pero diferente valor de “x”

Haciendo y=y1=constante, el corte de la línea con diversas isotermas determina puntos que tienen igual valor de “y” pero diferente valor de “x”. La temperatura asociada a cada isoterma se toma en función de x: t=t(x). La propiedad x se denomina propiedad termométrica, la propiedad “y” variable fija y la forma de la función t=t(x) determina la escala de temperatura.

Existen cinco tipos importantes de termométros:

ESCALAS DE TEMPERATURA

La propiedad termométrica utilizada en el termómetro debe cumplir una serie de condiciones. Entre ellas se tiene:

Debe existir una relación biunívoca entre el valor de la propiedad termométrica utilizada y el valor numérico de la temperatura asignada.

Variaciones pequeñas de la temperatura del cuerpo han de ocasionar variaciones apreciables de la propiedad observada.

Los termómetros que utilicen la misma propiedad termométrica han de proporcionar el mismo valor de la temperatura para mediciones realizadas en idénticas condiciones.

La propiedad termométrica ha de carecer de inercia es decir el termómetro ha de detectar rápidamente las variaciones de temperatura.

El

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