TERMODINÁMICA

Termodinámica

7. Pregunta curiosa

1. Temperatura 2. Dilatación

5. Primera ley de termodinámica 6. Principales máquinas térmicas

3. Calor

4. Cambio de fase

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. TemperaturaEscalas termométricas

10015,273

18032

1000 KFC

Temperaturas conocidas

El agua se convierte en hielo a 0 ºC.

El agua hierve y se vaporiza a 100 ºC.

La temperatura de una persona es 37 ºC.

Celsius

Fahrenheit

Kelvin

0

32

273

100

212

373

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 la siguiente expresión.

2. Dilatación

La dilatación es el aumento de las dimensiones de un cuerpo debido al incremento de su temperatura.

Clases de dilatación

TLL of 1

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.

Lf: longitud finalLo: longitud inicialα: coeficiente de dilatación linealΔT: variación de temperatura

Lo

Lf

To

Tf

Se considera en los cuerpos donde predomina el área sobre el espesor.

TSS of 1

Sf: superficie finalSo: superficie inicialβ: coeficiente de dilatación superficialΔT: variación de temperatura

Dilatación volumétrica. Se considera en los cuerpos donde no hay predominancia de ninguna dimensión. TVV of 1

Vf: volumen finalVo: volumen inicialθ: coeficiente de dilatación volumétricoΔT: variación de temperaturaPara un mismo material, se cumple experimentalmente que:

3

2

2. Dilatación

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.

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.

3. Calor

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

Solid

ifica

ción

Fusi

ón

VaporizaciónC

ondensación

Sublimación

4. Cambio de fase

EjemploEl 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.

UWQ Fórmula

Q: calor transmitido a la máquinaW: trabajo realizado por la máquinaΔU: 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.

EjemploLa 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

La refrigeradora contiene en la parte posterior un líquido refrigerante que circula por el circuito debido a la acción de un compresor.

Ejemplo 2La máquina de combustión interna usa gasolina. En la figura se puede observar un motor de cuatro tiempos.

Admisión Compresión Explosión Escape

Compresor

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.

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