Práctica 2 Temperatura

Universidad Nacional Autónoma de México

Facultad de Ingeniería

Laboratorio de Termodinámica

Profesor: Martínez Bautista Abraham Laurencio M.I.

Práctica #2:

“TEMPERATURA”

Grupo: 2

Brigada 3:

Álamo Granados Laura (Grupo teoría: 2)

Díaz Chaparro Ma. Teresa (Grupo teoría: 2)

Esquivel Hernández Rubén Carlos (Grupo teoría: 7)

Martínez Obregón Erika Lucía (Grupo teoría: 2)

Teramoto Ozawa Aimi Sofía (Grupo teoría: 2)

Fecha: 26 de agosto de 2013

OBJETIVO:

• Comprender el fundamento termodinámico de la medición de la temperatura.

• Construir la curva de calentamiento del agua.

• Obtener diferentes mediciones de temperatura con tres termómetros diferentes, determinando su rapidez de respuesta, facilidad de lectura y su rango.

INTRODUCCIÓN:

• El calor y la temperatura

El calor es una forma de energía, mientras que la temperatura es una medida promedio de la energía cinética de las moléculas de una sustancia.

• Ley cero de la termodinámica

Nació paradójicamente después de la primera, segunda y tercera ley. Que la hayan nombrado Ley cero y no cuarta ley debe darnos una idea de su importancia.

La ley Cero fue creada por la necesidad de un concepto que unificara y explicara con mayor claridad a las otras tres. Establece que cuando dos cuerpos se encuentran en equilibrio térmico respecto a un tercero, entonces estarán en equilibrio térmico entre sí. Su trascendencia está en introducir el concepto de temperatura.

Ahora bien ¿Qué es el equilibrio térmico?

Es una condición que establece que al poner dos o más sistemas con diferente temperatura en contacto, éstos habrán alcanzado la misma temperatura después de un tiempo y no se observarán más cambios en sus condiciones. Si la Ley Cero define a la temperatura, el equilibrio térmico echa mano de esta definición para explicarse.

De la temperatura podemos agregar además que es una propiedad termodinámica intensiva y que no se puede medir de forma directa.

De todo lo anterior puede definirse el funcionamiento de los diversos termómetros. Por un lado es la aplicación más directa de la Ley Cero y el concepto de equilibrio térmico, pues la mayoría de los termómetros deben entrar en equilibrio con los sistemas a medir y nos pueden ayudar a determinar si varios sistemas que no están en contacto entre sí están en equilibrio. Por otro lado lo que los termómetros miden son características termométricas de los materiales, no propiamente la temperatura. Entre las características que se pueden utilizar para hacer las mediciones de temperatura están:

• Volumen de los gases, de los líquidos y de los sólidos.

• Presión de los gases a volumen constante.

• Resistencia eléctrica de los sólidos.

• Fuerza electromotriz de dos sólidos diferentes.

• Intensidad de radiación (Para altas temperaturas)

• Efectos magnéticos (Para temperaturas extremadamente bajas)

Después de haber elegido la propiedad termométrica más adecuada para el tipo de medición que se desea hacer (de la temperatura de un sólido, de un líquido o de un gas) hay que elegir alguna forma de numerar esas mediciones. De igual manera se elige conforme a lo que se va a medir. Existen distintas escalas de temperatura, según el sistema de unidades empleado.

Sistema Internacional Sistema inglés

Temperatura absoluta Kelvin Rankine

Temperatura relativa Celsius Fahrenheit

Quizá el aparato de medición más conocido es el termómetro de alcohol o mercurio. Diariamente convivimos con otros ejemplares pero muchas veces no alcanzamos a reconocerlos. Algunos de ellos son:

• De bulbo con mercurio. Es del que hablábamos antes. Se compone de un tubo de vidrio sellado por ambos lados. En uno de sus extremos tiene un bulbo relleno de alcohol o mercurio, que puede expandirse a través de un canal al interior del tubo, de grueso capilar. El tubo está graduado y por medio de la expansión del líquido puede conocerse la temperatura. Se usa para medir la temperatura de líquidos.

• Termopar. Se denomina así a la unión de dos alambres conductores con diferente composición metalúrgica. El termopar genera una fuerza electromotriz (fem) que depende de la diferencia de temperatura de la junta caliente o de medida y la unión fría o de referencia, así como de la composición del termopar.

• Bimetálico. Se trata de dos barras de metales con coeficientes de dilatación diferentes unidas firmemente. Con el cambio de temperatura, un metal se expande más que otro. Esto produce que la unión se arquee. Generalmente esta unión se hace en forma de espiral y se le pega una aguja móvil con la que se puede medir la temperatura. Los termómetros bimetálicos se emplean para medir la temperatura de los gases. Los hornos de cocina, por ejemplo, utilizan estos instrumentos.

• Pirómetro de radiación. Todos los cuerpos emiten un tipo de radiación conocida como radiación térmica, que depende en gran medida de su temperatura. La mayor parte de esta radiación (aproximadamente el 90%) es invisible al ojo humano, debido a que se encuentra en la zona infrarroja del espectro. A su vez, la intensidad de la radiación emitida por el cuerpo depende de su forma y composición. A cualquier temperatura, todo cuerpo emite radiación y absorbe la procedente de los cuerpos que lo rodean. Si no están todos a la misma temperatura basta con la radiación para que se establezca el equilibrio térmico. Cuando se alcanza el equilibrio todos los cuerpos emiten tanta radiación como absorben. Por lo tanto los cuerpos que más emiten son los que más absorben. Tienen un sistema óptico que recoge la energía radiada y la concentra en un detector, el cual genera una señal proporcional a la temperatura. No requiere el contacto entre sensor y cuerpo cuya temperatura se desea medir. Evita problemas cuando la temperatura del cuerpo es la temperatura de fusión del material del que está hecho el sensor. Se usan cuando el área a medir se mueve o es de difícil acceso o cuando no se pueden usar los termopares.

• De gas a volumen-presión constante. El termómetro de gas a presión constante es un tubo capilar que contiene algún gas y está contenido por un émbolo, en algunos casos una gota de mercurio. Con el aumento de temperatura el gas se expande, desplazando al émbolo. El tubo está graduado por fuera, de forma que al comparar el desplazamiento del émbolo con la graduación se puede medir la temperatura. El termómetro de gas a volumen constante

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