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La termodinámica V (Presentación PowerPoint)




Enviado por Pablo Turmero



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    El equilibrio térmico. El principio cero de la
    temodinámica. La temperatura empírica. Propiedades
    de los gases enrarecidos: temperatura absoluta.
    Termodinámica

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    Caracterización de un estado Todo estado de un sistema
    termodinámico está condicionado por el medio
    externo. Para evitar la interacción másica se rodea
    de una pared impermeable. Para evitar la interacción
    mecánica se somete a acciones externas uniformes y
    constantes que se llaman “ligaduras”. Para evitar
    cualquier otra interacción se rodea de una pared
    adiabática

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    Tiempo característico Si se perturba un sistema desde
    fuera, sus variables internas se alteran algún tiempo. Ese
    intervalo de tiempo es propio del fenómeno y representa lo
    que tarda la alteración en amortiguarse.

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    Equilibrio térmico intrínseco SubTodo sistema
    termodinámico aislado del medio externo, evolucionar
    internamente durante su tiempo característico. Superado el
    tiempo característico y con sus variables internas
    constantes, el sistema se considera en “equilibrio
    térmico intrínseco”. Para asegurar el
    equilibrio térmico intrínseco de los sistemas, la
    termodinámica sólo considera sistemas aislados
    durante un tiempo teóricamente infinito.

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    Equilibrio térmico intrínseco Sub

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    Equilibrio térmico mutuo SubDos sistemas en equilibrio
    intríseco están en equilibrio mutuo si, al ponerse
    en contacto por una pared diaterma, sus variables no
    cambian.

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    Equilibrio térmico mutuo SubEn general, cuando se ponen en
    contacto diatermo dos sistemas cualesquiera sufren
    transformaciones internas: Como el conjunto forma un nuevo
    sistema aislado, al esperar un tiempo infinito:

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    Propiedades del equilibrio mutuo Sub1ª) Propiedad reflexiva:
    Un sistema en equilibrio térmico, está en
    equilibrio mutuo consigo mismo. 2ª) Propiedad
    simétrica: Si un sistema está en equilibrio
    térmico con otro sistema, este otro está en
    equilibrio térmico con el primero.

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    Principio cero Sub3ª )Propiedad transitiva: Si un sistema,
    1, está en equilibrio mutuo con otro, 2,… … y el mismo
    sistema 1 está en equilibrio mutuo con un tercero, 3, …
    … el sistema 2 está en equilibrio mutuo con el tercero,
    3.

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    Relación de equivalencia I SubLas tres propiedades
    anteriores: reflexiva, simétrica y transitiva aseguran que
    el equilibrio térmico mutuo satisface una relación
    de equivalencia. Esta propiedad garantiza que dichos estados
    comparten una variable, que llamamos “temperatura”, y
    existe un comparador de esa variable, que llamamos
    termómetro”.

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    Relación de equivalencia II SubPara demostrar lo dicho,
    consideremos tres cuerpos en equilibrio mutuo dos a dos, el 1 con
    el 2 y el 1 con el 3. Por ello, cumplirán: Despejando: Por
    transitividad: Finalmente:

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    Temperatura empírica SubEs la propiedad que se iguala en
    el equilibrio térmico mutuo de los sistemas
    termodinámicos: Entonces X es la variable
    termométrica. Determinar a y b requiere dos puntos fijos.
    Las variables son cualquier pareja. Para medirla se fija una y se
    supone que la otra es lineal:

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    Escalas de dos puntos fijos SubLa temperatura, t, se relaciona
    con la variable termométrica, X, en dos puntos fijos:
    Eliminando las constantes a y b, se obtiene: t1 con variable
    termométrica X1 t2 con variable termométrica X2 La
    temperatura problema t con X

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    Escalas tradicionales SubLas dos escalas de temperatura
    tradicionales son la Celcius ó centígrada y la
    Farenheit o anglosajona.

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    Temperatura empírica SubSe mantiene por costumbre, pero no
    es una temperatura científica porque presenta grandes
    problemas para medirla. En efecto: 1. No existe ninguna sustancia
    que cumpla estrictamente la relación lineal : t =
    a·X + b. 2. Su medida depende de la sustancia, de la
    variable termométrica y del termómetro. 3. Los
    puntos fijos clásicos dependen de la presión.

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    El cero absoluto SubSe define por la contracción de
    volumen de los gases al enfriarse. Su coeficiente de
    dilatación: donde to es el punto de hielo. El cero
    absoluto es la temperatura donde se anula el volumen del gas, t =
    0, V = 0:

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    Escalas de punto único I SubEl punto triple del agua es
    aquel en el que coexisten en equilibrio sus tres fases:
    sólido, líquido y vapor. Sólo depende de la
    pureza del agua empleada. Aceptan el cero absoluto como origen y
    toman como único punto fijo el punto triple del agua, t3 =
    0,01º C = 32,02º F.

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    Escalas de punto único II SubSon la escala Kelvin y la
    Rankine. Una usa el grado Celsius y otra el Fahrenheit. La escala
    científica es la primera. Las unidades son el Kelvin (K) y
    el Rankine (R).

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    Termómetro patrón SubSe utiliza como patrón
    el “termómetro de gas a volumen constante”.
    Consta de un bulbo de volumen constante que contiene el gas. Un
    manómetro que mide su presión. Una entrada de gas
    para variar su cantidad.

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    La temperatura absoluta I Se define para independizar su medida
    de la sustancia termométrica. Se utiliza el
    termómetro de gas a volumen constante y se usa el
    límite común de los gases cuando su presión
    tiende a cero. La temperatura absoluta se establece mediante las
    operaciones detalladas a continuación:

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    La temperatura absoluta II Se fija la cantidad de gas dentro del
    bulbo. Se introduce el bulbo en la célula del punto
    triple. Se espera al equilibrio térmico y se mide la
    presión del gas, que llamamos p3.

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    La temperatura absoluta III Se mantiene constante la cantidad de
    gas en el bulbo. Se introduce el bulbo en el sistema cuya
    temperatura se intenta medir. Se espera el equilibrio
    térmico y se mide la presión, sea ésta
    p.

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    La temperatura absoluta IV Se repiten las dos medidas
    disminuyendo cada vez la cantidad de gas en el bulbo. Se obtiene,
    así, una serie de parejas de p y de p3, para cada cantidad
    de gas. Se define la temperatura absoluta, T, mediante el
    límite:

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    Comportamiento de los gases I La definición de temperatura
    absoluta deriva del comportamiento de los gases reales. Cuando se
    representa el cociente p/p3 frente a p3 para las mismas
    cantidades de distintos gases, todas las líneas confluyen
    al disminuir la presión. Veamos su
    representación:

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    Comportamiento de los gases II SubSi el comportamiento
    límite de los gases reales se extiende a todas las
    presiones se introduce el “gas ideal”.

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    Comparación de escalas SubSi repetimos las operaciones del
    termómetro de gas a volumen constante entre los puntos de
    hielo y de vapor: como en la escala Celsius: se obtienen los
    valores de esos puntos en kelvin

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