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Temperatura
Definiciones
 Magnitud referida a nociones de calor (caliente,
tibio, frío)
 Magnitud escalar relacionada con la energía interna
de un sistema termodinámico, definida por el
principio cero de la termodinámica. Relacionada con
la energía cinética.
Energía cinética
 Energía asociada a los movimientos de las partículas
del sistema, sea en sentido rotacional, traslacional o
en forma de vibraciones.
 La temperatura de un sistema aumenta de manera
directamente proporcional a su energía cinética.
Energía cinética
 Sólidos: Vibraciones de las partículas en sus sitios
dentro del sólido.
 Gases ideales: Movimientos traslacionales,
rotacionales y vibracionales de sus partículas.
Temperatura
La temperatura se define
como cuantificación de la
actividad molecular de la
materia.
Temperatura
Afecta:
 Estado de la materia.
 Volumen.
 Solubilidad.
 Presión de vapor.
 Color.
 Conductividad eléctrica.
 Velocidad de reacciones químicas.
Principio cero de la termodinámica
 Si dos sistemas A y B están en equilibrio térmico, con
un tercer sistema C, entonces los sistemas A y B
estarán en equilibrio térmico entre sí.
 Ya que tanto los sistemas A, B, y C están todos en
equilibrio térmico, es razonable decir que comparten
un valor común de alguna propiedad física.
Llamamos a esta propiedad temperatura.
Principio cero de la termodinámica
 Este principio o ley cero, establece que existe una
determinada propiedad denominada temperatura
empírica θ, que es común para todos los estados
de equilibrio termodinámico que se encuentren en
equilibrio mutuo con uno dado.
Principio cero de la termodinámica
 Tiene una enorme importancia experimental pues
permite construir instrumentos que midan la
temperatura de un sistema pero no resulta tan
importante en el marco teórico de la termodinámica.
Principio cero de la termodinámica
 El equilibrio termodinámico de un sistema se define
como la condición del mismo en el cual las variables
empíricas usadas para definir o dar a conocer un
estado del sistema (presión, volumen, campo
eléctrico, polarización, magnetización, tensión lineal,
tensión superficial, coordenadas en el plano x, y) no
son dependientes del tiempo.
Principio cero de la termodinámica
 El tiempo es un parámetro cinético, asociado a nivel
microscópico; el cual a su vez esta dentro de la físico
química y no es parámetro debido a que a la
termodinámica solo le interesa trabajar con un
tiempo inicial y otro final.
Principio cero de la termodinámica
 A dichas variables empíricas (experimentales) de un
sistema se las conoce como coordenadas térmicas y
dinámicas del sistema.
 Este principio fundamental, aún siendo ampliamente
aceptado, no fue formulado formalmente hasta
después de haberse enunciado las otras tres leyes. De
ahí que recibiese el nombre de principio cero.
Segunda ley de la termodinámica
 La entropía de todos los sistemas, o bien permanece
igual o bien aumenta con el tiempo.
 Esto se aplica al Universo entero como sistema
termodinámico.
Segunda ley de la termodinámica
 Máquina térmica: Dispositivo que permite
transformar calor en trabajo mecánico.
 El trabajo realizado por una máquina térmica
corresponde a la diferencia entre el calor que se le
suministra y el calor que sale de ella. Su eficiencia
equivale al trabajo que realiza dividido entre el
calor que se le suministra:
Segunda ley de la termodinámica
 La eficiencia depende sólo de Qi y de Qf. Ya
que Qi y Qf corresponden al calor transferido a las
temperaturas Ti y Tf, es razonable asumir que ambas
son funciones de la temperatura:
Segunda ley de la termodinámica
 Es posible determinar y utilizar una escala de
temperatura tal que:
 Se tiene que:
Segunda ley de la termodinámica
 El signo negativo indica la salida de calor del
sistema. Esta relación sugiere la existencia de
una función de estado S definida por:
 Reorganizando esta ecuación, se obtiene una
definición para la temperatura en términos de la
entropía y el calor.
Segunda ley de la termodinámica
 Para un sistema en que la entropía sea una función
de su energía interna E, su temperatura esta dada
por:
 La inversa de la temperatura del sistema es la razón
de cambio de su entropía con respecto a su energía.
Medida de la temperatura
 La temperatura se mide con termómetros, los cuales
pueden ser calibrados de acuerdo a una multitud de
escalas que dan lugar a unidades de medición de la
temperatura.
Termómetros
 El instrumento de medición de la temperatura.
 Inicialmente se fabricaron usando materiales con un
elevado coeficiente de dilatación, de modo que, al
aumentar la temperatura, su estiramiento era
fácilmente visible.
 El metal base que se utilizaba en este tipo de
termómetros ha sido el mercurio, encerrado en un
tubo de vidrio que incorporaba una escala graduada.
Termómetros
Breve cronología de los termómetros:
 1592: Galileo Galilei construye el termoscopio, que utiliza la
contracción del aire al enfriarse para hacer ascender agua por
un tubo.
 1612: Santorre Santorio da un uso médico al termómetro.
 1714: Daniel Gabriel Fahrenheit inventa el termómetro
de mercurio.
 1821: T.J. Seebeck inventa el termopar.
 1864: Henri Becquerel sugiere un pirómetro óptico.
 1885: Calender-Van Duesen inventa el sensor de temperatura
de resistencia de platino.
 1892: Henri-Louis Le Châtelier construye el primer pirómetro
óptico.
Termómetros
 Termómetro de mercurio. Tubo sellado hecho que
contiene mercurio, cuyo volumen cambia con la
temperatura de manera uniforme. Tiene una escala
graduada, que permite ver el cambio de volumen del
mismo y determinar la temperatura.
Termómetros
 Pirómetro. Instrumento capaz de medir
la temperatura de una sustancia sin necesidad de
estar en contacto con ella. Puede medir temperaturas
en un rango desde -50°C hasta 4000°C. Usado
mayoritariamente en la medida de temperatura de
metales incandescentes.
Termómetros
 Termómetro de lámina bimetálica. Formado por dos
láminas de metales de coeficientes de dilatación muy
distintos y arrollados dejando el coeficiente más alto
en el interior. Se utiliza sobre todo como sensor
de temperatura en el termohigrógrafo.
Termómetros
 Termómetro de gas. Pueden ser a presión constante
o a volumen constante. Este tipo de termómetros son
muy exactos y generalmente son utilizados para la
calibración de otros termómetros.
Termómetros
 Termómetro de resistencia. Consiste en un alambre
de algún metal (como el platino) cuya resistencia
eléctrica cambia cuando varia la temperatura.
Termómetros
 Termopar (o termocupla). Dispositivo utilizado para
medir temperaturas basado en la fuerza
electromotriz que se genera al calentar
la soldadura de dos metales distintos.
Termómetros
 Termistor. Sensor resistivo de temperatura. Su
funcionamiento se basa en la variación de
la resistividad que presenta un semiconductor con la
temperatura. El término termistor proviene
de Thermally Sensitive Resistor. Existen dos tipos de
termistor: NTC y PTC.
 Son elementos PTC los que la resistencia aumenta
cuando aumenta la temperatura, y elementos NTC
los que la resistencia disminuye cuando aumenta la
temperatura.
Termómetros
 Termómetros digitales: son aquellos que, valiéndose
de dispositivos transductores utilizan luego circuitos
electrónicos para convertir en números las pequeñas
variaciones de tensión obtenidas, mostrando
finalmente la temperatura en un visualizador.
Escalas de temperatura
 Las escalas de medición de la temperatura se dividen
fundamentalmente en dos tipos, relativas y
absolutas. Los valores que puede adoptar la
temperatura en cualquier escala de medición, no
tienen un nivel máximo, sino un nivel mínimo:
el cero absoluto. Mientras que las escalas absolutas
se basan en el cero absoluto, las relativas tienen otras
formas de definirse.
Escalas de temperatura
Escalas relativas:
 Celsius
 Fahrenheit
Escalas absolutas:
 Kelvin
 Rankine (en desuso).
Escalas de temperatura
 Escala Celsius. La escala más usada en la mayoría de
los países del mundo, denominada también como
la centígrada (°C), En esta escala, el cero (0 °C) y los
cien (100 °C) grados corresponden respectivamente
a los puntos de congelación y de ebullición del agua,
ambos a la presión de 1 atmósfera.
Escalas de temperatura
 Escala Fahrenheit (°F), propuesta por Daniel Gabriel
Fahrenheit. El grado Fahrenheit es la unidad de
temperatura en el sistema anglosajón de unidades,
utilizado principalmente en Estados Unidos.
Su relación con la escala Celsius es: °F = °C × 9/5 +
32 ; °C = (°F − 32) × 5/9
Escalas de temperatura
 Escala Kelvin (TK) o temperatura absoluta, es la
escala de temperatura del Sistema Internacional de
Unidades. Aunque la magnitud de una unidad Kelvin
(K) coincide con un grado Celsius (°C), el cero
absoluto se encuentra a -273,15 °C y es inalcanzable
según el tercer principio de la termodinámica.
Su relación con la escala Celsius es: TK = °C + 273,15