Universidad Nacional Autónoma de México Facultad de Química

Transcripción

1 Universidad Nacional Autónoma de México Facultad de Química Departamento de Fisicoquímica Laboratorio de Termodinámica TEMPERATURA Profesor: M. en C. Gerardo Omar Hernández Segura

2 SISTEMAS TERMODINÁMICOS QUE NO INTERACTÚAN Sistema 1 X 1, y 1, Sistema 2 X 2, y 2,

3 SISTEMAS TERMODINÁMICOS QUE INTERACTÚAN Sistema 1 X 1, y 1, Sistema 2 X 2, y 2, pared diatérmica pared adiabática

4 Estado inicial: Proceso T 1 T 2 T 1 T 2 T 1 T 2 Pared diatérmica Estado final: T 1 T 2 T 1 = T 2 Equilibrio térmico

5 Ley Cero de la Termodinámica Sistema A Sistema B Sistema A Sistema B Sistema C Sistema C (a) Define el concepto de temperatura como una propiedad intensiva que permita saber si dos sistemas en contacto a través de una pared diatérmica se encuentran en equilibrio térmico (b) LCE/2003

6 Escalas Termométricas Pr 1700s Newton 1 a escala termométrica 1742 Celsius Escala a BIPM Define escala temp. con 2 ptos.fijos (1 atm) 1592 Galileo Invención del termoscopio 1714 Fahrenheit 1er termómetro líquido en vidrio 1848 Kelvin Escala absoluta de temp Fowler Ley Cero Termometría de gases LCE/2003

7 Diferentes tipos de termómetros La propiedad que posee un sistema que varía de forma proporcional con la temperatura, se le denomina propiedad termométrica Propiedad termométrica Ejemplo Intervalo de medición ( C)* longitud de la columna de líquido mercurio en vidrio -39 a 300 resistencia eléctrica Termistor (term. digital) -60 a 399 fuerza electromotriz termopar -196 a 1093 cambios ópticos pirómetro óptico 750 a 5000 (+) El intervalo de medición reportado se refiere específicamente a los ejemplos citados LCE/2003

8 Cero Absoluto Fahrenheit Escalas Empíricas Celsius Rankine Kelvin Escalas Absolutas Punto normal de ebullición del agua Punto normal de congelación del agua -460 LCE/2003

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10 Divisiones entre los puntos fijos Kelvin Celsius Fahrenheit Rankine LCE/2003

11 C F 100 C 212 F 100 t C t F C 32 F tº C 0 tº F tº C tº F LCE/2003

12 9 tº F tº C 32 5

13 5 tº C ( tº F 32) 9

14 T( K) tº C tº C T( K)

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16 Diferencias de temperaturas tº C tº F Kelvin Celsius T T T t º C t º F Fahrenheit f i T 0; Tf Ti T 0; Tf Ti T 0; Tf Ti Rankine ΔT (K) ΔtºC ΔtºF ΔT (R) LCE/2003

17 Cubrir con masking tape la escala de uno de los termómetros permitiendo que se vea la columna de mercurio

18 Llenar el vaso Dewar con hielo y un poco de agua Introducir en el hielo los dos termómetros y esperar a que se alcance el equilibrio térmico Registrar la temperatura que marca el termómetro en C y marcar sobre el masking tape del otro termómetro, la altura que alcanza la columna de mercurio A esta temperatura se le considera el punto fijo inferior de la escala estudiante ( E)

19 Calentar agua hasta su temperatura de ebullición. Mantener el agua hirviendo Introducir los dos termómetros en el vaso y esperar a que se alcance el equilibrio térmico Registrar la temperatura en ambos termómetros (como se hizo en el punto anterior) A esta temperatura se le considera el punto fijo superior de la escala estudiante ( E)

20 Preparar mezclas de agua fría-agua caliente en el frasco Dewar Determinar la temperatura (equilibrio térmico) en los dos termómetros ( C y E) para cada mezcla Vaciar estos datos en la tabla 2

21 teb Y (punto fijo inferior) Estudiante Y Celsius Yc t E -X t -X = Y-X Y -X C C C C Y - X Yc - Xc 4 tfus X (punto fijo inferior) X Xc

22 Cómo se cambia de la escala en cm a la estudiante? teb Z (cm) t (ºE) t eb (ºE) z(cm) 1 2 X (cm) t (ºE) 3 4 t (ºE) X (cm) tfus 0 cm t fus (ºE) X 0 t(º E) tfus (º E) Z 0 t (º E) t (º E) eb fus

23 ANALOGÍAS SOBRE CALOR La lluvia es agua en tránsito de las nubes a la tierra. Es agua, sí, pero agua que cae. Cuando está en las nubes no se le llama lluvia, cuando está en la tierra, tampoco. Sólo es lluvia cuando está cayendo. Lo mismo ocurre con el calor: cuando está dentro de un sistema es energía interna, cuando está en el otro sistema también es energía interna, sólo le llamamos calor en el tránsito de un sistema a otro (Hierrezuelo y Moreno, 1988) El calor es como el viento: en el momento en que se encuentra en reposo, recibe el nombre de aire, pero en cuanto comienza a moverse, se le denomina viento. De igual manera, la energía que se encuentra dentro de un cuerpo se denomina energía interna y en el momento en que se mueve de un cuerpo a otro, se conoce como calor.

24 TABLA 1: DATOS DE PUNTOS FIJOS Puntos fijos: tºc tºe t eb H 2 O t fus H 2 O TABLA 2: DATOS EXPERIMENTALES DE MEZCLAS Experimento: Z (cm) tºe exp. tºc exp. tºc ec. teórica tºc ec. Excel t eb H 2 O Mezcla 1 Mezcla 2 Mezcla 3 Mezcla 4 t fus H 2 O

25 Profesor: M. en C. Gerardo Omar Hernández Segura Por su atención Gracias! Gracias por su atención!