TERMOMETRIA. Para poder construir el termómetro se utiliza el Principio Cero de la Termodinámica:

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Álvaro Cortés Figueroa
hace 5 años
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1 TERMOMETRIA La termometría se encarga de la medición de la temperatura de cuerpos o sistemas. Para ello, se utiliza el termómetro, que es un instrumento que se basa en el cambio de alguna propiedad de la materia debido al efecto del calor. Así se tiene el termómetro de mercurio y de alcohol, que se basan en la dilatación, los termopares que deben su funcionamiento al cambio de la conductividad eléctrica, los ópticos que detectan la variación de la intensidad del rayo emitido cuando se refleja en un cuerpo caliente. Para poder construir el termómetro se utiliza el Principio Cero de la Termodinámica:

Aislante El equilibrio térmico se conoce como la Ley Cero de la termodinámica, que puede enunciarse de la siguiente forma: Cuando dos sistemas cualquiera A y B están por separado en equilibrio

2 Aislante El equilibrio térmico se conoce como la Ley Cero de la termodinámica, que puede enunciarse de la siguiente forma: Cuando dos sistemas cualquiera A y B están por separado en equilibrio térmico con un tercero C, entonces ellos también están en equilibrio térmico entre sí A B A B T a T b T a T b Si A y B están en Equilibrio térmico con C T c C Entonces hay equilibrio térmico entre A y B T c C En la figura, la barra marrón es aislante y las barras amarillas son conductoras 2

3 TERMÓMETRO El termómetro de uso diario consiste de una columna de masa líquida (alcohol o mercurio) que se expande dentro de un tubo capilar de vidrio cuando es calentado Bulbo

4 Para medir la temperatura se utilizan las siguientes escalas: a)centígrados o Celsius : ºC b)fahrenheit : ºF c)kelvin : ºK (absoluto) Rankine : ºR (absoluto

Escalas de temperatura 671.67º Punto de ebullición del agua 491.

5 Escalas de temperatura º Punto de ebullición del agua º Punto de fusión del agua 0º Cero absoluto Rankie para en encontrar la conversión de las escalas de temperatura se usa la siguiente relación: º C º F 32 º K 273 º R ( 1 )

DILATACION TERMICA La dilatación térmica es una consecuencia del aumento de las distancias inter-atómicas debido al incremento de la vibración térmica de cada uno de los átomos y moléculas de un

6 DILATACION TERMICA La dilatación térmica es una consecuencia del aumento de las distancias inter-atómicas debido al incremento de la vibración térmica de cada uno de los átomos y moléculas de un cuerpo. T o L o Imaginemos un sistema sencillo formado por átomos enlazados, a temperatura 0 K el sistema es estático, no hay vibración térmica y los centros de los átomos se encuentran a una distancia determinada d 0. Al aumentar la temperatura, los átomos vibran alrededor de su posición de equilibrio, y por tanto, la distancia promedio d entre los dos centros es mayor y el sistema se dilata.

7 En los sólidos se pueden considerar tres tipos de dilataciones térmicas medibles: 1. Dilatación Lineal 2. Dilatación Superficial 3. Dilatación Volumétrica.

8 1. Dilatación Lineal Es la variación de la longitud de un cuerpo. L 0 T T f T 0 T o L L Lf L 0 T >T o L f L L 0 T Fig. 1. Dilatación lineal L L0 T L L0 (1 T ) L L 0 (1 T ) ( 2 ) La relación entre la variación de longitud L con la longitud inicial L o y la variación de temperatura T se denomina coeficiente de dilatación lineal. Las unidades del coeficiente de dilatación lineal son: C -1

9 Como L = L o [ 1 + T] obtener la longitud final. entonces de la Ecua. 2, podemos L = L o [ 1 + (T T o ) ] ( 3 ) La dilatación lineal tiene aplicación práctica en la construcción de estructuras metálicas y rieles de tren, donde se consideran sepa-raciones entre las partes para evitar la deformación por dilatación (Fig. 2) Junta de dilatación Figura 2. Separación entre rieles de tren Otra aplicación es la tira bimetálica que se fabrica utilizando dos tiras metálicas de diferentes coeficientes de dila-tación. Estas tiras se utilizan en termostatos. Fig. 3 Acero Latón Figura 3. Tira bimetálica T o T

10 2. Dilatación Superficial Es la variación de la superficie formada por dos dimensiones lineales del cuerpo. Por ejemplo, si la superficie plana rectangular de la Fig.9 tiene lados a o y b o a la temperatura T o y luego lados a y b a la temperatura T, el área nueva es: a 0 T o A o Figura 4 b 0 Donde: A o = a o b o y si consideramos que es una cantidad muy pequeña podemos no tomar en cuenta potencias de segundo o mayor orden. A = a b Donde: a = a o ( 1 + T) b = b o ( 1 + T) A = a o b o [ T + 2 ( T) 2 ] A = A o ( T ) ( 4 )

11 A = A o ( T ) ( 4 ) El término 2 = se denomina coeficiente de dilatación superficial y se expresa en las mismas unidades que. Por lo tanto A = A o ( 1 + T ) A = A o [ 1 + (T T o ] ( 5 ) La dilación superficial se toma en cuenta en construcciones donde se utilizan láminas metálicas expuestas a cambios de temperatura.

12 3. Dilatación volumetrica Es la dilatación más real de los cuerpos y esto significa considerar la dilatación lineal en las tres dimensiones. a o T o b o V o Consideremos un paralelepípedo de lados a o, b o y c o a la temperatura T o. c o Vo = ao bo co Y luego a la temperatura T > T o sus lados serán: a, b y c, dando el nuevo volumen: V = a b c ( 6 ) Figura 5

13 Que según la Ecua. ( 6 ): a = a o ( 1 + T) b = b o ( 1 + T) c = c o ( 1 + T) Reemplazando en el volumen final y operando se tiene: V = a o b o c o [ T ( T) ( T) 3 ] Donde a o b o c o = V o y si consideramos que es una cantidad muy pequeña podemos no tomar en cuenta potencias de segundo o mayor orden y tener V = V o ( T ) El término 3 = se denomina coeficiente de dilatación volumétrica y se expresa en las mismas unidades que. Por lo tanto: V = V o ( 1 + T ) V = V o [ 1 + (T T o )] ( 7 )

14 Dilatación de líquidos En los líquidos solo se considera la dilatación cúbica la que se define en forma semejante a la de los sólidos. Puesto que todo líquido se encuentra contenido en un recipiente, el coeficiente de dilatación cúbica está dado por: V a r Donde: a : coeficiente de dilatación cúbica aparente del líquido r : coeficiente de dilatación cúbica del recipiente De esta manera si V 0 es el volumen del líquido a la temperatura T 0, el volumen a una temperatura está dado por: V V 0 (1 r T ) T T f T0 A B V 0 V 0 V T 0 T T C A B Un líquido que a temperatura T 0 ocupa el nivel A en el recipiente. A la temperatura T, por el hecho de dilatarse el recipiente el nivel del líquido baja al punto B. Cuando el conjunto se sigue calentando suavemente se ve que el líquido ha subido hasta T se encuentra en el nivel C.

15 Importancia de la dilatación En la construcción de los macizos de las calderas En la construcción de termómetros, termostatos, etc. Para separar uno de los tubos metálicos enchufados, basta calentar el exterior, lo mismo se hace para destapar un frasco de cristal con tapón esmerilado. En la colocación de rieles en las líneas férreas En la construcción de puentes metálicos

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