Calor Y Temperatura

1

Contenido conceptual.

Temperatura:

 Concepto de Temperatura. Equilibrio térmico. Ley Cero. Punto triple del agua. Escala de temperatura internacional.

 Como se mide la temperatura. Sustancias termométricas.

 Escalas de temperatura. Kelvin, Celsius, Fahrenheit. Ubicación del cero.

 Concepto de termómetro de gas de volumen constante. Como es y cómo funciona.

Calor:

 Unidad de medida del Calor.

 Definición de capacidad calorífica.

 Definición de calor específico.

 Cambios de fase.

 Calor latente: calor de fusión y ebullición.

2

Temperatura.

Antes de realizar nuestro estudio, debemos aclarar dos conceptos: el de sistema y el de medio ambiente.

Un sistema es una porción de materia que separamos del medio ambiente externo a ella. Todo lo que esta fuera del sistema y que tiene alguna relación directa con su comportamiento lo denominamos medio ambiente.

¿Qué es el equilibrio térmico?

También denominada, ley de la termodinámica anterior a la primera.

El equilibrio térmico es aquel estado en el cual se igualan las temperaturas de los cuerpos, los cuales en sus condiciones iniciales presentaban diferentes temperaturas. Una vez que las temperaturas se equiparan se suspende le flujo del calor, llegando ambos cuerpos al mencionado equilibrio térmico.

“Entonces si consideramos un objeto A, que se siente frio al contacto con la mano y un objeto idéntico B que se siente caliente, los cuales se ponen en contacto el uno con el otro. Después de un tiempo suficientemente grande A y B producirán la misma sensación de temperatura. Entonces A y B se encuentran en equilibrio térmico.”

Para medir el equilibrio térmico, se emplea un tercer cuerpo o cuerpo prueba, tal como un termómetro.

Podemos decir entonces que la temperatura de un sistema es una propiedad que a la larga alcanza el mismo valor que la de otros sistemas cuando ellos se ponen en contacto.

Ley Cero.

“Existe una cantidad escalar llamada temperatura, que es una propiedad de todos los sistemas termodinámicos, tal que la igualdad de temperatura es una condición necesaria y suficiente para el equilibrio térmico.”

3

Si un cuerpo A se encuentra a la misma temperatura que un cuerpo B y este tiene la misma temperatura que un tercer cuerpo C, entonces, el cuerpo A tendrá la misma temperatura que el cuerpo C. Por lo cual estaremos seguros de que tanto el cuerpo A, como el B y C, estarán los tres, en equilibrio térmico. Es decir: los cuerpos A, B y C, tendrán igual temperatura.

Medición de la temperatura.

Para hablar de medición termométrica, es importante explicar el concepto de propiedad termométrica.

La Propiedad termométrica de una sustancia es aquella que varía en el mismo sentido que la temperatura, es decir, si la temperatura aumenta su valor, la propiedad termométrica también lo hará y viceversa.

Hay muchas propiedades físicas que cambian al variar nuestra percepción fisiológica de la temperatura. Como por ejemplo: El volumen de un líquido, la longitud de una varilla, la presión o el volumen de una gas, entre otras.

Cualquiera de estas propiedades anteriormente mencionadas se puede emplear para construir un termómetro.

4

Termómetro Propiedad termométrica

Gas (volumen constante)

Presión

Resistencia eléctrica. (tensión constante)

Resistencia eléctrica.

Termopar (tensión constante)

Fem. Térmica

Vapor de helio (saturado)

Presión

Sal paramagnética

Susceptibilidad magnética

Pirómetros óptico, de radiación total, infrarrojo, fotoeléctrico (*)

Emitancia radiante

Otro punto importante al tener en cuenta para la construcción de un termómetro es definir la escala de temperaturas. Está será una relación que suponemos monótonamente continua entre la propiedad termométrica escogida de nuestra sustancia y la temperatura tal y como la medimos en nuestra escala.

Cabe destacar que cada elección de una sustancia y de una propiedad termométrica conjuntamente con la relación supuesta entre la propiedad y la temperatura conduce una escala especial de temperatura cuyas mediciones no tienen que concordar forzosamente con mediciones hechas con cualquier otra escala de temperaturas definida independientemente. Por tal motivo es que existe un acuerdo universal de una cierta sustancia termométrica y una cierta relación funcional entre las mediciones de esa propiedad y una escala de temperaturas universalmente aceptada. De esta forma una escala de temperatura particular, definida de cualquier otra manera se puede comparar con la escala universal.

Suponiendo una sustancia termométrica a la que representamos con X su propiedad termométrica a trabajar.

(*)Pirómetros: Son termómetros para altas temperaturas. Todos los objetos a temperatura por encima del cero absoluto, emiten radiación electromagnética en función de la temperatura. Esta radiación depende de la temperatura del cuerpo, a mayor temperatura más intensa es la radiación, por lo tanto la propiedad termométrica utilizada es la radiación emitida.

5

Escogemos la función lineal de la propiedad X con la temperatura T que tiene el termómetro y un sistema cualquiera en equilibrio térmico. Tenemos: T(x)= a.X Donde a es una constante a evaluar.

Hemos establecido que diferencias iguales de temperatura corresponde a cambios iguales de X.

Para graduar un termómetro, por ende, determinar la constante a. Especificamos un punto fijo normal en el cual todos, los termómetros deben marcar el mismo valor para la temperatura T. Se escoge este punto fijo como el punto triple del agua.

Punto triple del agua.

Es aquel en el que coexisten en equilibrio el estado sólido, liquido, gaseoso del agua. Este estado es único y se pude lograr solamente a cierta presión definida (La presión de vapor del agua es 4.58 mmHg). La temperatura se ha designado con 273.16K.

Sirve para calibrar las escalas Kelvin y Celsius de los termómetros de mayor precisión.

Entonces si indicamos los valores en el punto triple del agua (Xtr) para cualquier termómetro: T(x)= 273.16K X/Xtr

Termómetro de gas a volumen constante.

Sirve para establecer la escala de temperaturas que se emplea universalmente en la actualidad en los trabajos científicos. La propiedad termométrica que utiliza es la presión a un volumen constante.

Si se conserva constante el volumen de un gas, su presión depende de la temperatura y aumenta continuamente al elevarse la temperatura.

Consiste en un bulbo de vidrio, porcelana,

...