TERMODINÁMICA
La termodinámica es la rama de la física que describe los estados de equilibrio termodinámico a nivel macroscópico, y estudia la interacción entre el calor y otras manifestaciones de la energía.
Temperatura
La temperatura es una magnitud escalar relacionada con la energía interna de un sistema termodinámico, definida por el principio cero de la termodinámica
Temperatura y ley cero de la termodinámica
Se considera a la temperatura como la propiedad que determina si un objeto esta en equilibrio con otros objetos, dos objetos que están en equilibrio entre sí están a la misma temperatura, si dos objetos tiene diferentes temperaturas, no se encuentran en equilibrio térmico mutuo. El equilibrio térmico es una situación en la que dos objetos no intercambian energía, por calor o por radiación electromagnética, si se colocan en contacto térmico. La Ley Cero de la Termodinámica establece que cuando dos cuerpos están en equilibrio térmico con un tercero, estos están a su vez en equilibrio térmico entre sí.
Termómetros y escala de temperatura de Celsius
Los termómetros son dispositivos que sirven para medir la temperatura de un sistema. Todos los termómetros se basan en el principio de que alguna propiedad física de un sistema cambia con la temperatura del sistema. Uno de los sistemas es una mezcla de hielo y agua en equilibrio térmico a presión atmosférica. En la escala de temperatura Celsius, esta mezcla se define que tiene una temperatura de cero grados Celsius, y se escribe como 0° C, esta temperatura se llama punto de hielo de agua
Termómetro de gas a volumen constante y escala absoluta de temperatura
El cambio físico que se aprovecha en este dispositivo es la variación de la presión de un volumen de gas fijo debida a la temperatura. El termómetro de gas a volumen constante se compone de una ampolla con gas, ya sea helio, hidrógeno o nitrógeno, según la gama de temperaturas deseada, u un nanómetro medidor de la presión. La escala absoluta de temperaturas parte de la existencia del 0° absoluto, la existencia de una escala absoluta de temperaturas es consecuencia del Segundo Principio de la Termodinámica. La escala absoluta de temperatura que corresponde a la escala Celsius se llama escala Kelvin (K), y la escala absoluta que corresponde a la escala Fahrenheit se llama escala Rankine (R), los puntos cero en ambas escalas absolutas representan el mismo estado físico
El equilibrio térmico es una situación en la que dos objetos no intercambian energía, por calor o por radiación electromagnética, si se colocan en contacto térmico
Las escalas de temperatura Celsius, Fahrenheit y Kelvin
Las tres escalas de temperatura más comunes son Celsius, Fahrenheit y Kelvin. Una escala de temperatura puede ser creada identificando dos temperaturas fácilmente reproducibles, las temperaturas de ebullición (cambio de estado líquido a vapor) y de fusión (cambio del estado sólido al líquido) del agua, a una atmósfera de presión.
La escala Fahrenheit (°F) determina que su punto de fusión del agua es de 32°F, y el punto de ebullición es de 212° F
La escala Kelvin (K) es la escala más común utilizada para el trabajo científico, por una serie de características tales como su 0 es el cero absoluto, quiere decir que a temperatura en la que los átomos y moléculas presentan la menor energía térmica posible
La escala Celsius (°C) toma en cuanta el valor 0° para el punto de fusión del agua, mientras que el punto de ebullición del agua corresponde a 100° C
Expansión térmica de sólidos y líquidos
El estudio del termómetro líquido utiliza uno de los cambios mejor conocidos en una sustancia: a medida que aumenta su temperatura, su volumen se incrementa. A este fenómeno se le conoce como expansión térmica o dilatación térmica, que es el aumento en las dimensiones que experimenta un cuerpo material cuando se eleva su temperatura, afecta a todos los estados de agregación de la materia, la variación de temperatura
El inusual comportamiento del agua
Por lo general, los líquidos aumentan en volumen con temperatura creciente y tienen coeficientes de expansión volumétrica promedio alrededor de diez veces mayores que los sólidos, el agua fría es una excepción a esta regla. A medida que la temperatura aumenta de 0°C a 4°C, el agua se contrae y por lo tanto la densidad aumenta. Arriba de 4°C, el agua se expande con temperatura creciente y así su densidad disminuye, en consecuencia, la densidad del agua alcanza un valor máximo de 1000g/cm3 a 4°C. Este inusual comportamiento de expansión térmica del agua sirve para explicar por qué un estanque empieza a congelarse en la superficie, en lugar de hacerlo en el fondo
Descripción macroscópica de un gas ideal
Los gases ideales con el conjunto de átomos o moléculas que se mueven al azar, no ejercen fuerzas entre sí y ocupan muy poco volumen. Un gas ideal es el que se mantiene a muy baja presión (o baja densidad), a temperatura que no muy baja (para no condensarse), ni muy alta, de tal forma que sus moléculas solamente interactúan mediante colisiones, ya que el volumen molecular es insignificante comparado con el volumen del espacio en el cual se encuentra que lo contiene. En un gas las fuerzas interatómicas son muy débiles, incluso pueden considerarse como inexistentes en una buena aproximación. En un gas no hay separación de equilibrio para los átomos, y por lo tanto, no podemos definir el volumen a una temperatura dada, si se introduce un gas en un recipiente, este se expande de manera uniforme hasta ocupar todo el recipiente, por lo tanto, el gas no tiene ni un volumen ni una presión fija: volumen (el del recipiente que lo contiene), presión (depende del tamaño del recipiente)
Ley de Boyle
Ley de Charles
Ley de Gay-Lussac
Cuando el volumen se mantiene constante, la presión es directamente proporcional a la temperatura: P1/T1=P2/T2
Cuando la temperatura es constante, la presión es inversamente proporcional al volumen: P1V1=P2V2
Cuando la presión es constante, la temperatura es directamente proporcional al volumen: V1/T1=V2/T2
Propiedades de los Gases Ideales
Volumen
Temperatura
Presión
Mol
Es un espacio ocupado por la materia en un espacio determinado, su principal magnitud es el metro cúbico
Cantidad de la energía interna relacionada con un sistema termodinámico, su principal magnitud es el Kelvin (K)
Es la fuerza perpendicular de un cuerpo en un área determinada, su principal magnitud son los Pascales (Pa)
Es la cantidad de sustancia de un compuesto o sustancia en un espacio determinado, pero un mol de una sustancia se puede representar a partir de su número de átomos o moléculas en el lugar, su ecuación es: 1 mol= 6.022*10-23 moléculas o átomos, a este número se le llama número de Avogadro
Rivera Méndez Minerva Victoria / 201942754 / 2851812460710