Termodinamica

LEY CERO DE LA TERMODINAMICA

Ley Cero de la termodinámica

Con el material que hemos discutido hasta ahora, estamos preparados para describir la Ley de Cero de la Termodinámica. Como los otras leyes de la termodinámica que veremos, la Ley de Cero se basa en la observación y en su comprobación experimental. Consideremos dos observaciones como punto de partida:

1. Si dos cuerpos están en contacto térmico por un tiempo los suficientemente largo, ningún cambio futuro observable toma lugar y se dice que el equilibrio térmico prevalece.

2. Dos sistemas que están individualmente en equilibrio térmico con un tercero, estos dos están en equilibrio térmico uno con el otro; los tres sistemas tienen el mismo valor de la propiedad llamada temperatura.

Estas ideas que relacionan la temperatura y del equilibrio térmico se expresan formalmente en la Ley Cero de la Termodinámica:

Ley Cero: Existe para cada sistema termodinámico en equilibrio una propiedad llamada temperatura. La igualdad de la temperatura es una condición necesaria y suficiente para el equilibrio térmico.

La Ley Cero define así una propiedad (temperatura) y describe su comportamiento.\

2.1- TEMPERATURA

Se puede definir temperatura como el grado de energía térmica medida en una escala

definida. La temperatura de un cuerpo es su intensidad de calor, o sea la cantidad de

energía que puede ser transferida a otro cuerpo. Es una medida de la energía cinética de laspartículas que componen el sistema.

Cuando dos sistemas están a la misma temperatura, se dice que están en equilibriotérmico y no se producirá transferencia de calor. Cuando existe una diferencia detemperatura, el calor tiende a transferirse del sistema de mayor temperatura al de menortemperatura hasta alcanzar el equilibrio térmico.

Multitud de propiedades físicas de los materiales o las sustancias dependen de la

temperatura, como por ejemplo su estado (gaseoso, líquido, sólido, plasma...), la densidad,la solubilidad, la presión de vapor, el volumen de un líquido, la longitud de una varilla, laresistencia de un alambre, la presión de un gas que se conserve a volumen constante, o bienel volumen de un gas que se conserva a presión constante, así como el colorde un filmentode una lámpara o la conductividad eléctrica. Así mismo determina la velocidad a la quetienen lugar las reacciones químicas.

Hay muchas propiedades físicas mesurables que cambian al variar nuestra

percepción fisiológica de la temperatura, entre ellas el volumen de un líquido, la longitud deuna varilla, la resistencia de un alambre, la presión de un gas que se conserve a volumenconstante, o bien el volumen de un gas que se conserva a presión constante, así como elcolor de un filamento de una lámpara.

Las escalas de medición son cinco a saber:

a) Escala en grados centígrados o Celsius.

Se divide el intervalo de temperatura de ebullición del agua en 100 partes o grados, el

punto de fusión es 0ºC y el de ebullición a 100ºC.

b) Escala en grados Fahrenheit.

Esta escala divide los intervalos de temperatura entre el punto de fusión del hielo y el

punto de ebullición del agua en 180 grados, al punto de congelación le corresponde el valor

de 32ºF y al de ebullición de 212ºF.

c) Escala Kelvin.

Esta es una escala absoluta, su cero es el cero absoluto o sea que la temperatura

teórica en la cual no hay movimiento molecular, o sea calor cero. Según esta escala el punto

de fusión del hielo corresponde a 273.1ºK y el punto de ebullición del agua corresponde a

373.1ºK.

2.2-ESCALAS DE TEMPERATURA

En todo cuerpo material la variación de la temperatura va acompañada de la correspondiente variación de otras propiedades medibles, de modo que a cada valor de aquélla le corresponde un solo valor de ésta. Tal es el caso de la longitud de una varilla metálica, de la resistencia eléctrica de un metal, de la presión de un gas, del volumen de un líquido, etc. Estas magnitudes cuya variación está ligada a la de la temperatura se denominan propiedades termométricas, porque pueden ser empleadas en la construcción de termómetros.

Para definir una escala de temperaturas es necesario elegir una propiedad termométrica que reúna las siguientes condiciones:

- La expresión matemática de la relación entre la propiedad y la temperatura debe ser conocida.

- La propiedad termométrica debe ser lo bastante sensible a las variaciones de temperatura como para poder detectar, con una precisión aceptable, pequeños cambios térmicos.

- El rango de temperatura accesible debe ser suficientemente grande.

Los termómetros están graduados según ciertas escalas, que podemos clasificarlos en dos grupos:

Escalas relativas: Celsius y Farenheit

Escalas absolutas: Kelvin y Rankine

Se denominan relativas porque registran como lectura cero (0) a temperaturas arbitrarias, mientras que las absolutas registran como lectura cero a la temperaturahipotética llamado cero absoluto.

2.3.- EXPANSION TERMICA EN SOLIDOS Y LIQUIDOS

Dilatación o expansion, aumento de tamaño de los materiales, a menudo por efecto del aumento de temperatura. Los diferentes materiales aumentan más o menos de tamaño, y los sólidos, líquidos y gases se comportan de modo distinto.

Para un sólido en forma de barra, el coeficiente de dilatación lineal (cambio porcentual de longitud para un determinado aumento de la temperatura) puede encontrarse en las correspondientes tablas. Por ejemplo, el coeficiente de dilatación lineal del acero es de 12 × 10-6 K-1. Esto significa que una barra de acero

...