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