TERMODINÁMICA
Termodinámica
1. Temperatura
2. Dilatación
3. Calor
4. Cambio de fase
5. Primera ley de termodinámica
6. Principales máquinas térmicas
7. Pregunta curiosa
1. Temperatura
La temperatura es la medida de la energía cinética promedio que
poseen las moléculas.
Escalas termométricas
Para elaborar una escala
de temperatura, es necesario tener dos puntos de referencia: un
punto de temperatura muy frío y un punto de temperatura muy
caliente. Luego, se hacen las divisiones que uno quiere entre
estos dos puntos.
1. Temperatura
Escalas termométricas
Existen tres escalas que se usan
comúnmente: la escala Fahrenheit (F),
la escala centígrada o Celsius (C), y
la escala absoluta o Kelvin (K).
Estas escalas se relacionan mediante
Celsius
la siguiente expresión.
C 0
100

F  32
180

K  273 ,15
100
0
Temperaturas conocidas
100
Fahrenheit
32
212
273
373
El agua
se convierte
en hielo a 0 ºC.
El agua hierve y
se vaporiza
a 100 ºC.
Kelvin
La temperatura
de una persona
es 37 ºC.
2. Dilatación
La dilatación es el aumento de las dimensiones de un cuerpo
debido al incremento de su temperatura.
Lf: longitud final
Lo: longitud inicial
α: coeficiente de dilatación
lineal
ΔT: variación de temperatura
Clases de dilatación
Toda dilatación es tridimensional,
pero de acuerdo con las dimensiones
y la forma del cuerpo se consideran
tres tipos de dilatación.
Dilatación lineal. Se considera
en los cuerpos donde predomina
la longitud sobre el área de la
sección transversal.
L f  L o 1    T 
To
Tf
Lo
Lf
2. Dilatación
Se considera en los cuerpos
donde predomina el área sobre el
espesor.
S f  S o 1    T 
Sf: superficie final
So: superficie inicial
β: coeficiente de dilatación
superficial
ΔT: variación de temperatura
Dilatación volumétrica. Se
considera en los cuerpos donde
no hay predominancia de ninguna
dimensión.
V f V
o
1    T 
Vf: volumen final
Vo: volumen inicial
θ: coeficiente de dilatación
volumétrico
ΔT: variación de temperatura
Para un mismo material, se cumple
experimentalmente que:
  2
  3
3. Calor
El calor es una forma de energía en tránsito o de transferencia que
aparece cuando se ponen en contacto sistemas a diferentes
temperaturas.
Principio fundamental de la calorimetría
Al ponerse en contacto sistemas de distintas temperaturas, el
calor se transfiere de los cuerpos de mayor temperatura
a los de menor temperatura, hasta que los sistemas alcancen
una sola temperatura de equilibrio térmico.
Como la energía no se crea ni se destruye, se cumple que el calor
que gana el sistema frío es igual al calor que pierde el sistema
caliente.
3. Calor
Ejemplo:
Al colocar hielo en un vaso con agua…
… el calor del agua se transfiere al hielo y este se fusiona.
Si esperamos el tiempo suficiente, el hielo se fusionará completamente.
4. Cambio de fase
La materia puede presentarse en sus tres estados fundamentales:
sólido, líquido o gaseoso. Un cambio de fase consiste en pasar
de un estado a otro.
Propiedad
Todo cambio de fase a una
presión determinada se
produce a una temperatura
constante.
LÍQUIDO
SÓLIDO
VAPOR
Sublimación
4. Cambio de fase
Ejemplo
El agua: Cuando el hielo se convierte a
líquido, lo hace a 0 ºC y viceversa. Y
cuando el líquido se convierte
a vapor, lo hace a 100 ºC y viceversa.
5. Primera ley de termodinámica
El calor transmitido a una máquina térmica es igual al trabajo
mecánico que efectúa dicha máquina más el incremento
de su energía interna.
Fórmula
Q  W  U
Q: calor transmitido a la máquina
W: trabajo realizado por la máquina
ΔU: incremento de energía interna
La energía interna es la suma de
todas las formas de energía al
interior de la máquina. Es función
de la temperatura.
Ejemplo
La primera máquina que utilizó este
principio fue la máquina a vapor. Este
tipo de máquina se utilizó para
accionar trenes, barcos, grúas y, en
general, toda maquinaria que
necesitaba moverse.
Las máquinas a vapor impulsaron
la revolución industrial, la cual comenzó
en el siglo XIX.
6. Principales máquinas térmicas
Además de la máquina de vapor, existen otras máquinas que utilizan
la primera ley de termodinámica.
Ejemplo 1
Ejemplo 2
La refrigeradora contiene en
la parte posterior un líquido
refrigerante que circula por
el circuito debido a la acción
de un compresor.
La máquina de combustión interna usa
gasolina. En la figura se puede observar
un motor de cuatro tiempos.
Admisión
Compresor
Compresión Explosión
Escape
7. Pregunta curiosa
Cuando echamos hielo en un vaso de agua tibia, vemos que
el agua se enfría debido a que el hielo se fusiona.
¿Por qué se enfría el agua? ¿Porqué no se calienta el hielo?
Justifica tu respuesta.
Comparte con tus compañeros y profesor.
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