Termodinamica

INTRODUCCION

La termodinámica es la rama de la física que estudia los estados de los sistemas macroscópicos y el cambio que existe entre ellos cuando interviene calor, por lo que es importante comprender que las propiedades en dichos sistemas son divididas en dos grupos, dependientes de la cantidad de materia a estudiar. La interacción de los conceptos más importantes del tema permitirá entender su relación y clasificación, para el estudio y aplicación de las propiedades.

Escalas de la temperatura

La temperatura es el nivel de calor en un gas, líquido o sólido. Las tres escalas más comunes son Celsius, Fahrenheit y Kelvin.

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. Usted encontrará a veces esta escala identificada como escala centígrada. Las temperaturas en la escala Celsius son conocidas como grados Celsius (ºC).

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).

Una escala de la temperatura es una graduación arbitraria. Las escalas llamadas Celsius y Fahrenheit están basados en los siguientes puntos fijos: punto de congelación (que es la temperatura de una mezcla de hielo y agua saturada de aire, a 1 atm (atmosfera) y punto de ebullición (que es la temperatura del agua hirviente a 1 atm de presión). Si el punto de congelación y punto de ebullición corresponden las siguientes temperaturas: 0 ° C y 100 °C, y 32 °F y 212 ° F, respectivamente. Por lo tanto entre el punto de congelación y punto de ebullición normales del agua se obtienen 100 grados en la escala de Celsius y 180 en la escala de Fahrenheit (de modo que 180/100 es igual a 9/5 = 1.8), lo que da las siguientes relaciones:

Tc = 5/9 (Tf - 32)

Tf = 9/5 (Tc – 32)

Donde Tc y Tf son las temperaturas en grados Celsius (°C) y grados Fahrenheit (°F), respectivamente. Las temperaturas se expresan indicando siempre la escala a la que se refieren, en la siguiente forma: 100 °C o 212 °F, para valores de temperatura, y 100 °C o 200 °F para valores de diferencia de temperatura (1 °C = 9/5 °F).

La termodinámica requiere en uso de la llamada temperatura absoluta, que se mide a partir del cero absoluto.

El cero absoluto para la escala Fahrenheit está a -459,67 °F. Las temperaturas absolutas en esta escala se llama grados Rankine (°k), y se obtiene como sigue:

T (°R ) = t(°F) + 459.67 = t (°F) + 460

La temperatura absoluta en la escala de Celsius se denominaban grados Kelvin (° K) y es una de las fundamentales del sistema internacional. El cero absoluto se tiene a -273.15 °C.

T (°K) = t(°C) + 273.15 = t (°C) + 273

La temperatura siempre se mide el cambio en algunas otras propiedades.

Para que exista concordancia entre temperaturas medidas en distintos lugares del mundo, se necesita disponer de puntos guías razonables exactos para graduar o calibrar instrumentos. Puesto que la temperatura del punto triple del H2O, se puede con excelente exactitud, se ha convenido internacionalmente en tomar como punto básico de la escala absoluta el correspondiente a 273.16 K (que es 0.01 grados más altos que el punto de congelación del agua).

Algunos ejemplos serian:

Oxigeno -182.970 líquido y vapor

Mercurio -38.87 sólido y liquido

Estaño 231.9 sólido y liquido

Cinc o zinc 419.505 sólido y líquido

Azufre 444.60 líquido y solido

Medición de la temperatura

Los detalles de los diversos procedimientos para medir temperaturas son muy extensos para describirlos pero, daremos una breve mención de los más utilizados.

1. Cambio de volumen

El fenómeno de que las sustancias se dilata al elevarse su temperatura. Si la magnitud de la dilatación en su uso particular se correlaciona con el punto de congelación y el punto de ebullición del agua, y el cambio de volumen se divide en 100 (o en 180) partes, el instrumento puede emplearse para “leer” temperaturas.

2. Cambio de presión

Si un gas está confinado a un volumen constante, su presión se incrementara a medida que su temperatura se eleva, y el cambio de presión puede correlacionarse con el de temperatura.

3. Cambio de resistencia eléctrica. La resistividad eléctrica de algunos metales crece casi en proporción directa a la elevación de temperatura. Por consiguiente, el cambio medido en la resistencia de un trozo de alambre puede convertirse a una variación de temperatura.

4. Cambio de potencial eléctrico. El dispositivo que mide una temperatura mediante la generación de fuerzas electromotrices (FEM) se llaman parte termoeléctrico o termopar (funciona en virtud del fenómeno) que ocurre cuando dos conductores de diferente material se unen por sus extremos, y las uniones se mantienen a distinta temperatura.

5. Cambios ópticos. Un cuerpo radia calor con intensidad proporcional a la cuarta potencia de su temperatura absoluta (Q= eo T^4ley de Stefan-Boltzmann). Varios dispositivos se utilizan para convertir la radiación en una indicación de temperatura, y en el más común, el pirómetro óptico, se observa un cuerpo candente o incandescente cuyo brillo se compara con el de una fuente de luz ajustable y calibrada que se tiene en el pirómetro. Cuando el brillo de la fuente se hace que resulte igual al del cuerpo cuya temperatura se desea, el instrumento

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