TERMODINÁMICA

6. Principales máquinas térmicas 5. Primera ley de termodinámica 3. Calor 1. Temperatura 2. Dilatación 6. Principales máquinas térmicas 4. Cambio de fase 5. Primera ley de termodinámica 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 la siguiente expresión. Temperaturas conocidas El agua se convierte en hielo a 0 ºC. Celsius Fahrenheit Kelvin 32 273 100 212 373 El agua hierve y se vaporiza a 100 ºC. 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. To Lo Tf Lf

2. Dilatación Se considera en los cuerpos donde predomina el área sobre el espesor. 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. Vf: volumen final Vo: volumen inicial θ: coeficiente de dilatación volumétrico ΔT: variación de temperatura Para un mismo material, se cumple experimentalmente que:

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 Solidificación Fusión Vaporización Condensación 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: 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 La refrigeradora contiene en la parte posterior un líquido refrigerante que circula por el circuito debido a la acción de un compresor. Ejemplo 2 La máquina de combustión interna usa gasolina. En la figura se puede observar un motor de cuatro tiempos. Admisión Compresión Explosión Escape Compresor

Comparte con tus compañeros y profesor. 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.