CONCEPTOS SISTEMA TERMICO

CONCEPTOS

SISTEMA TERMICO

La existencia de un sistema termodinámico se describe por un conjunto interrelacionado de cantidades susceptibles de ser medidas llamadas propiedades termodinámicas. Las cantidades como presión y temperatura son propiedades termodinámicas ya que sus valores dependen estrictamente de la condición instantánea durante la cual son medidos. Como ejemplo de cantidades que NO son propiedades termodinámicas son trabajo, calor, transferencia de masa, etc.

Estado de un sistema: Estado en el que cada una de las propiedades (que se deben considerar para definir el sistema) tiene un valor determinado. Condición descrita por las propiedades del sistema en un punto o tiempo dado.

Variable de estado: Es aquella que tiene un valor definido cuando se especifica el estado de un sistema.

Cambio de estado: Es la transformación que efectúa un sistema de un estado inicial a un estado final.

Trayectoria del cambio de estado: Es un cambio de estado especificando la secuencia de estados intermedios ordenados en la sucesión que recorre el sistema.

Proceso: Es el curso o evolución por el cual ocurre un cambio de estado. La descripción de un proceso consiste en definir el sistema, el cambio de estado y/o la trayectoria, los efectos producidos encada etapa del proceso.

Un sistema termodinámico es una porción de materia bien definida que esta limitada por una superficie cerrada, real o imaginaria llamada frontera, y que interactúa con sus alrededores.

TEMPERATURA

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 caliente (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.

El estado, la solubilidad de la materia y el volumen, entre otras cuestiones, dependen de la temperatura. En el caso del agua a presión atmosférica normal, si se encuentra a una temperatura inferior a los 0ºC, se mostrará en estado sólido (congelada); si aparece a una temperatura de entre 1ºC y 99ºC, se encontrará en estado líquido; si la temperatura es de 100ºC o superior, por último, el agua presentará un estado gaseoso (vapor).

Cualidad que representa el estado térmico de los cuerpos y es un valor indicativode la energía cinética de las moléculas de dichos cuerpos.

Las substancias a elevada temperatura comunican energía calórica a todas las inmediatas o próximas que están a más baja temperatura. Las variaciones detemperatura producen en los cuerpos diversos fenómenos, como la dilatación ycontracción, variación en la resistencia eléctrica, etc., en las cuales se basan los instrumentos destinados a su medición (termómetros).

Existen cuatro escalas de temperaturas: Celsius o centígrada, en la que se toma el 0°coincidente con el punto de fusión del hielo y el 100° con el punto de ebullición delagua a la presión atmosférica normal; cada una de las cien divisiones entre ambospuntos constituye un grado centígrado (C).

La escala Fahrenheit, en la que los puntos de fusión del hielo y de ebullición del aguaestán situados en los 32 y 212 grados, respectivamente, y cada una de las 180 divisiones entre ambos puntos constituye un grado Fahrenheit (F). Esta escala se usa sólo en los países de habla inglesa.

La escala Réaumur, en la que dichos puntos están situados en los grados 0 y 80, ya no se utiliza.

Y, por último, la escala absoluta, de Kelvin o termodinámica, en la que la división 0 grados corresponde con el cero absoluto o mínima temperatura posible físicamente, y cuyos puntos de fusión del hielo y de ebullición del agua están situados en los 273 y 373 grados, respectivamente.

Esta combinada con la centesimal y la temperatura absoluta se obtiene sumando algebraicamente 273° a la temperatura medida en grados centígrados.

CALOR

El calor es aquello que siente un ser vivo ante una temperatura elevada. La física entiende el calor como la energía que se traspasa de un sistema a otro o de un cuerpo a otro, una transferencia vinculada al movimiento de moléculas, átomos y otras partículas.

En este sentido, el calor puede generarse a partir de una reacción química (como la combustión), una reacción nuclear (como aquellas que se desarrollan dentro del Sol) o una disipación (ya sea mecánica, fricción, o electromagnética, microondas).

Es importante tener en cuenta que los cuerpos no tienen calor, sino energía interna. Cuando una parte de esta energía se transfiere de un sistema o cuerpo hacia otro que se halla a distinta temperatura, se habla de calor. El traspaso de calor se producirá hasta que los dos sistemas se sitúen a idéntica temperatura y se alcance el denominado equilibrio térmico.

El calor es un concepto utilizado principalmente por la física y la química. Se define como una energía relacionada con el movimiento de átomos y moléculas de la materia; más adelante veremos la definición técnica en términos de calorías o Joules. La noción popular de que algo está "caliente", en realidad está lejos de ser cierta en términos físicos, ya que la sensación táctil o subjetiva que tenemos de este concepto viene dada por la transferencia de energía, en términos de temperatura, entre objetos: sentimos que algo está "caliente" cuando nos "quita" energía en términos de temperatura, y por otro lado sentimos a un objeto como "frío" cuando le cedemos energía.

EQUILIBRIO TERMICO

Es el estado en el que se igualan las temperaturas de dos cuerpos que inicialmente tenían diferentes temperaturas. Al igualarse las temperaturas se suspende el flujo de calor, y el sistema formados por esos cuerpos llega a su equilibrio térmico.

Por ejemplo, si pone tienes un recipiente con agua caliente, y otro con agua fría, a través de sus paredes se establecera un flujo deenergía calorífica, pasado un tiempo, la temperatura del agua en ambos recipientes se igualará (por obra de las transferencias de calor, en este caso del agua más caliente a la más fría, también por contacto con el aire del medio ambiente y por evaporación), pero el equilibrio térmico lo alcanzarán cuando ambas masas de agua estén a la misma temperatura.

La cantidad de calor (Q) que gana o pierde un cuerpo de masa (m) se encuentra con la fórmula

Donde:

Q es la cantidad de calor (que se gana o se pierde), expresada en calorías.

m es la masa del cuerpo en estudio. Se expresa en gramos

Ce es el calor específico del cuerpo. Su valor se encuentra en tablas conocidas. Se expresa en cal / gr º C

Δt es la variación de temperatura = Tf − T0. Léase Temperatura final (Tf) menos Temperatura inicial (T0), y su fórmula es

El concepto de equilibrio térmico es básico al momento de clasificar las temperatura. Sabemos que si dos cuerpos M1 y M2 que están a temperaturas diferentes entre sí se ponen en contacto, fluirá calor desde el cuerpo más caliente al cuerpo más frío. Después de un tiempo suficiente, ambos estarán en equilibrio térmico entre sí. Es decir estarán a la misma temperatura

Esta proposición se conoce a veces como el Principio Cero de la Termodinámica. Permite de hecho el establecer escalas de temperaturas y hacer termómetros. En efecto, si A es el cuerpo termométrico y lo hemos calibrado poniendolo en equilibrio térmico con una sucesión de cuerpos B1 a Bn que están a diferentes temperaturas T1aTn, entonces podemos usar A para medir temperaturas en ese rango.

TEMPERATURA

La temperatura es el nivel de calor en un gas, líquido, o sólido. 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. 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).

a) Escala de Celsius: Esta escala fue creada por AndersCelsius en el año 1742, construyo un termómetro basándose en la propiedad de dilatación del mercurio con la temperatura y fijo como puntos extremos el 0 para la fusión del hielo y el 100 para la ebullición del agua a nivel del mar. La ecuación de esta

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