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TEMPERATURA Y DILATACION TERMICA
TEMPERATURA Y EQUILIBRIO TERMICO
Supondremos que dos cuerpos de materiales diferentes tales como un bloque de metal y un bloque de madera se ponen en contacto. Se observará que después de un largo tiempo las propiedades de estos cuerpos dejan de variar. Sin embargo, los cuerpos no se sentirán igualmente calientes si los tocamos a pesar de haber estado en el mismo cuarto por un tiempo muy largo. Este efecto resulta de la diferencia en conductividades térmicas de los dos cuerpos. De esta manera se comprueba que nuestros sentidos no son confiables.
EQUILIBRIO TERMICO.- Existe una característica común de los dos casos anteriores que se han analizado. Es que existe un estado final que es alcanzado en el cual ya no hay más cambios en las propiedades de los cuerpos. Este estado es definido como un estado de EQUILIBRIO TERMICO.
Observaciones como las que acabamos de ver nos llevan a considerar que todos los objetos tienen una propiedad física que determina si ellos están o no en equilibrio térmico cuando son puestos en contacto con otros objetos. Esta propiedad se llama TEMPERATURA.
SI DOS CUERPOS ESTAN EN EQUILIBRIO TERMICO CUANDO SE PONEN EN CONTACTO, ENTONCES POR DEFINICION SUS TEMPERATURAS SON IGUALES. IGUALMENTE, SI LAS TEMPERATURAS DE DOS CUERPOS SON IGUALES, ELLOS ESTARAN EN EQUILIBRIO TERMICO CUANDO SEAN PUESTOS EN CONTACTO.
LEY CERO DE LA TERMODINAMICA
SI C INICIALMENTE ESTA EN EQUILIBRIO TERMICO CON A Y CON B, ENTONCES
A Y B TAMBIEN ESTAN EN EQUILIBRIO TERMICO ENTRE SI.
TERMOMETRO DE GAS A VOLUMEN CONSTANTE
Correcciones:
1. Pequeño cambio de volumen por contracción o dilatación del bulbo.
2. No todo el gas está sumergido en el baño
TERMOMETROS DE GAS Y LA ESCALA KELVIN
Cuando se calibran dos termómetros, como un sistema de líquido en tubo o un termómetro de resistencia, de modo que coincidan en 0 0C y en 100 0 C, podrían no coincidir exactamente a temperaturas intermedias. Cualquier escala de temperatura definida de este modo siempre depende un tanto de las propiedades específicas del material empleado.
Para establecer una escala independiente del material, necesitamos desarrollar algunos principios de termodinámica.El principio de un termómetro de gas muestra que la presión de un gas a volumen constante aumenta con la temperatura. Una cantidad de gas se coloca en un recipiente de volumen constante y medimos su presión. Para calibrar dicho termómetro, medimos
La presión a dos temperaturas y graficamos esos puntos y trazamos una recta entre ellos. Si extrapolamos la línea veremos que hay una temperatura, -273.15 0C en la que la presión absoluta del gas sería cero.
0 K = -273.15 0C y 273.15 K = 0 0C
LA ESCALA KELVIN Y LA TEMPERATUR ABSOLUTA
La escala Celsius tiene dos puntos fijos, los puntos de congelación y ebullición normales del agua. No obstante, podemos definir la escala Kelvin usando un termómetro de gas con sólo una temperatura de referencia. Definimos el cociente de cualesquiera dos temperaturas T1 y T2 en la escala Kelvin, como el cociente d e las presiones correspondientes de termómetro de gas p1 y p2:
Kelvins)en constante, volumen de gas de o(termómetr 1
2
1
2 Tp
p
T
T
Para completar la definición de T, sólo necesitamos especificar la temperatura Kelvin de un solo estado específico. Por razones de precisión y de capacidad de reproducción, el estado elegido es el punto triple del agua.
La temperatura del punto triple del agua es, por definición:
CKTtriple00.01 a ecorrespond que 16.273
CKTtriple00.01 a ecorrespond que 16.273
tripletriple
triple p
pK
p
pTT 16.273
0
C00 F032
C0100 F0212
C
32F
180
32
100
FC
9
32
5
FC
Un objeto sufre un cambio de temperatura de 20 0 C, ¿cuál es su correspondiente cambio de temperatura en Kelvin?
¿A qué temperatura las escalas Celsius y Fahrenheit dan la misma lectura?
0409
32
59
32
5
x
xxFC
Ordene de mayor a menor las siguientes temperaturas:
CKKFC 000 00.180 77.00 00.260 0.00 00.0
Dos vasos de agua, A y B están inicialmente a la misma temperatura. La temperatura del agua del vaso A se aumenta 10 0 F; y la del vaso B, 10K. ¿Cuál vaso ahora está a mayor temperatura?
Al igual que la escala Kelvin, la escala Rankine es una escala absoluta de temperatura: el cero absoluto es cero grados Rankine (0 0R). Sin embargo, las unidades de esta escala tienen el mismo tamaño que las de la escala Fahrenheit, no las de la escala Celsius. Dé el valor numérico de la temperatura del punto triple del agua en la escala Rankine.
K R F-460
32
460+32=4920R
Punto triple
ACTIVIDAD 1
ACTIVIDAD 2
EXPANSION TERMICA
TL a alproporcion tedirectamen es
0 a alproporcion tedirectamen es LL
TLL 0 TLLL f 00 TLL f 10
a) Modelo de las fuerzas entre átomos vecinos de un sólido
átomos.
los entre media distancia la incrementa se
, ay a de energía laaumentar Al 321 EEE
b) Gráfica de la energía potencial de
dos átomos vecinos.
EXPANSION SUPERFICIAL
0 TTinicial
a
b
Tbb
Taa
f
f
1
1
21 Tabba ff
220 21 TTAAf
0
TAAf 210
TAA 02
a+∆a=af
b+∆b=bf
ffinal TT
Una placa rectangular de aluminio tiene un agujero circular en el centro. Si la placa se calienta, ¿el agujero se hace más grande o más pequeño?
ACTIVIDAD 3
Una varilla larga se dobla en forma de un círculo como en la figura. Si se calienta, la abertura se abre, se cierra o no pasa nada.
EXPANSION VOLUMETRICA
a
b
c
Tcc
Tbb
Taa
f
f
f
1
1
1
31 Tabccba fff
TVV f 310TVV 03
TVV f 10TVV 0
β es el coeficiente de dilatación volumétrica
EJEMPLO
Una barra de acero tiene 3.000 cm de diámetro a 25 0 C. Un anillo de bronce tiene un diámetro interior de 2.992 cm a 25 0 C. ¿A qué temperatura común entrará justamente el anillo en la varilla?
106 1019 Cbronce 106 1011 Cacero
Tdd brf brbr 10 Tdd acf acac
10
Td brbr10 Td acac
10
TddTdd acbr acacbrbr 0000
C
C
dd
ddT
acbr
brac
acbr
006
00
00 4.335000.311992.219
10992.2000.3
CT f05.360
EJEMPLO
Un recipiente de hierro de 50 galones de capacidad está lleno de gasolina siendo su temperatura de 500F. Calcule la cantidad de gasolina que se derramará cuando la temperatura se eleve a 1100F.
104gas
10 6 106.9 1010 CCFe
3.3350 101033 60 galTVV FeFe
galVFe 05.0
3.3350 106.9 40 galTVV gasgas
galVgas 60.1
.55.1)05.060.1( :derramará Se galgal
ESFUERZOS TERMICOS
0T
fT
.compresión de esfuerzoun a sometida
estará barra la rígidas,son paredes lasy 0TTSi f
L
TLE
L
LETLL
A
F
A
F
TEAF