El Equivalente mecánico del calor

El Equivalente mecánico del calor

A comienzos del siglo XIX la gente estaba interesada en mejorar la eficiencia de las máquinas de vapor y de los cañones. Un hecho evidente era que después de algunos disparos los cañones se recalentaban hasta tal punto que se volvían inservibles. Esto llevó a la observación que debía existir una conexión entre las fuerzas mecánicas y químicas involucradas en el disparo y el "calórico" como se llamaba el calor en esa época.

Fue Joule quien estableció la relación precisa entre energía mecánica y calor.

El calor es transferencia de energía debido a diferencias de temperatura. En este contexto se introduce la caloría:

Una caloría es el calor que se necesita transferir a un gramo de agua, para cambiar su temperatura de 14.5 a 15.5 grados Celsius

Se tiene además: 1Cal=1000 cal.

Joule utilizando una rueda con paletas conectada a un conjunto de poleas con pesos en sus extremos pudo mostrar una relación precisa entre la energía mecánica de los pesos en las poleas y el aumento de temperatura del agua en el recipiente, debido a la rotación de las paletas. Esto da:

1 cal= 4.186 J

Punto triple

En la física y la química, punto triple de una sustancia es temperatura y presión en cuál tres fases (por ejemplo, gas, líquido, y sólido) de esa sustancia coexista adentro equilibrio termodinámico.[1]

Por ejemplo, la temperatura triple del punto de mercurio está en el °C −38.8344, en una presión de 0.2 mPa. Además del punto triple entre sólido, líquido, y el gas, puede haber puntos triples que implican más de una fase sólida, para las sustancias con múltiplo organismos polimorfos. Helium-4 es un caso especial que presenta un punto triple que implica dos diversas fases flúidas (véase punto de la lambda). Generalmente para un sistema con p las fases posibles, hay puntos triples.[1]

El punto triple del agua se utiliza para definir Kelvin, SI unidad baja de la temperatura termodinámica.[2] El número dado para la temperatura del punto triple del agua es una definición exacta más bien que una cantidad medida. Los puntos triples de varias sustancias se utilizan para definir puntos en ITS-90 escala internacional de la temperatura, extendiéndose del punto triple del hidrógeno (13.8033 K) al punto triple del agua (273.16 K).

Punto triple del agua

Artículo principal: Riegue el punto del #Triple (de la molécula)

La sola combinación de la presión y de la temperatura en la cual agua, hielo, y vapor de agua puede coexistir en un equilibrio estable ocurre en exactamente 273.16 K (0.01 °C) y una presión parcial del vapor de 611.73 PASCAL (ca. 6.1173 milibares, 0.0060373057 atmósfera). En ese punto, es posible cambiar toda la sustancia al hielo, al agua, o al vapor realizando arbitrariamente cambios pequeños en la presión y la temperatura. Observe que aunque la presión total de un sistema está bien sobre 611.73 PASCAL (es decir. un sistema que tiene una presión atmosférica normal), si presión parcial del vapor de agua está 611.73 PASCAL entonces el sistema se puede todavía traer al punto triple del agua. En sentido estricto, las superficies que separan las diversas fases deben también ser perfectamente planas, evitar los efectos de las tensiones de superficie.

El agua tiene un inusual y complejo diagrama de fase, aunque esto no afecta comentarios generales sobre el punto triple. En las temperaturas altas, la presión de aumento da lugar primero a líquido y entonces a agua sólida. (Sobre alrededor 109 El PA una forma cristalina de formas del hielo que sea más densa que el agua líquida.) en temperaturas más bajas bajo compresión, el estado líquido deja de aparecer, y el agua pasa directamente del gas al sólido.

En las presiones constantes sobre el punto triple, el hielo de calefacción lo hace pasar del sólido al líquido al gas, o vapor, también conocido como vapor de agua. En las presiones debajo del punto triple, tal como los que ocurren adentro espacio exterior, donde está la presión cerca de cero, el agua líquida no puede existir. En un proceso conocido como sublimación, el hielo salta la etapa líquida y se convierte en vapor cuando está calentado.

La presión triple del punto del agua fue utilizada durante Mariner 9 misión en Marte como punto de referencia para definir “nivel del mar”. Un uso más reciente de las misiones laser altimetry y medidas de la gravedad en vez de la presión de definir la elevación en Marte.[3]

Principio cero de la termodinámica

Artículo principal: Principio cero de la termodinámica

Este principio o ley cero, establece que existe una determinada propiedad denominada temperatura empírica θ, que es común para todos los estados de equilibrio termodinámico que se encuentren en equilibrio mutuo con uno dado. Tiene tremenda importancia experimental «pues permite construir instrumentos que midan la temperatura de un sistema» pero no resulta tan importante en el marco teórico de la termodinámica.

El equilibrio termodinámico de un sistema se define como la condición del mismo en el cual las variables empíricas usadas para definir o dar a conocer un estado del sistema (presión, volumen, campo eléctrico, polarización, magnetización, tensión lineal, tensión superficial, coordenadas en el plano x, y) no son dependientes del tiempo. El tiempo es un parámetro cinético, asociado a nivel microscópico; el cual a su vez esta dentro de la físico química y no es parámetro debido a que a la termodinámica solo le interesa trabajar con un tiempo inicial y otro final. A dichas variables empíricas (experimentales) de un sistema se las conoce como coordenadas térmicas y dinámicas del sistema.

Este principio fundamental, aún siendo ampliamente aceptado, no fue formulado formalmente hasta después de haberse enunciado las otras tres leyes. De ahí que recibiese el nombre de principio cero.

La condición dada por la ley cero de la termodinámica de que el equilibrio térmico de A con C y de B con C implica asimismo el equilibrio de A y B puede expresarse matemáticamente como:

Lo que nos conduce a la siguiente expresión:

Entonces, llegamos a la conclusión de que las funciones y deben ser de naturaleza tal que se permita la eliminación de la variable termodinámica común . Una posibilidad, que puede demostrarse única,

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