TEMPERATURA Objetivos Comprender el concepto de temperatura mediante el establecimiento del equilibrio térmico entre dos o más sistemas. Proponer una nueva escala empírica de temperatura para relacionarla con escalas ya conocidas. Cuestionario previo 1.- ¿Qué establece la ley cero de la termodinámica? 2.- Algunos libros definen la temperatura como una medida del calor. De acuerdo a la ley cero, indicar si esta aseveración es correcta. Explicar. 3.- En base a las dos respuestas anteriores definir temperatura de acuerdo a la termodinámica clásica. 4.- Termómetro es cualquier sistema que posee una propiedad medible que varía linealmente con la temperatura y que da valores reproducibles de la propiedad medible. Investigar diferentes instrumentos para determinar experimentalmente la temperatura y llenar la siguiente tabla:

5.- Toda medición necesita una escala con valores numéricos; Isaac Newton fue uno de los primeros científicos que definió una escala de temperatura y se basó en la determinación de dos puntos fijos reproducibles. ¿Cómo se establecieron las escalas termométricas Celsius y Fahrenheit?

6.- ¿Cuál es la diferencia entre una escala empírica y una escala absoluta o termodinámica?. De las escalas termométricas conocidas, ¿cuáles son empíricas y cuáles absolutas?. Problema Proponer una escala empírica nueva [ºEstudiante] y relacionarla con la escala Celsius. Material y reactivos

x� 1 probeta de 100 mL x� 2 termómetros de mercurio [-10 a 150º C] x� 1 vaso de precipitados de 600 mL x� 1 vaso de precipitados de 250 mL x� 1 frasco Dewar de 300 mL x� 1 mechero Bunsen x� 1 tripié o 1 resistencia eléctrica x� tela de alambre con asbesto x� agua x� hielo x� masking tape x� 1 regla de 30 cm

Procedimiento experimental

x� Cubrir con masking tape la escala de uno de los termómetros permitiendo que se vea el mercurio.

x� Introducir en el hielo los dos termómetros (uno graduado en oC, y el otro sin graduar, en el cual se va a construir la nueva escala de temperatura) y esperar a que se alcance el equilibrio térmico.

x� Registrar la temperatura que marca el termómetro en oC y marcar sobre el masking tape del otro termómetro, la máxima altura que alcanza la columna de mercurio. A ésta temperatura se le considera el punto fijo inferior de la escala grados estudiante (oE).

x� En un vaso de precipitados colocar aproximadamente 500 mL de agua y calentar a su punto de ebullición. Introducir los dos termómetros en el vaso y registrar las temperaturas como se señala en el punto anterior. A esta temperatura se le considera el punto fijo superior de la escala (oE).

x� Preparar mezclas de agua fría (a temperatura ambiente), con agua en su punto de ebullición, dentro de un frasco Dewar, de acuerdo a las indicaciones del profesor.

x� Determinar la temperatura (equilibrio térmico) en los dos termómetros (oC, oE), para cada mezcla y vaciar estos datos en la tabla 2.

x� Una vez concluidas las determinaciones, retirar con cuidado el masking tape del termómetro y pegarlo en una hoja. Asignar valores a los puntos fijos de la nueva escala y realizar las divisiones correspondientes para poder obtener los valores de temperatura de las mezclas en la escala (oE).

Manejo de Datos 1. Completar la tabla 1 con los resultados experimentales:

TABLA 1

2. Establecer la relación matemática entre la escala (oE) y la escala (oC): a) Utilizando los puntos mínimo y máximo de cada escala y el intervalo entre ellos para obtener la ecuación que relacione ambas escalas. b) Trazando una gráfica de oE (ordenada) vs. oC (abcisa) para determinar la ecuación de la recta. 3. Calcular las temperaturas en (oC) con las ecuaciones obtenidas en a) y en b) y comparar con las temperaturas experimentales en (oC). 4. Llenar la siguiente tabla:

TABLA 2

5. Se considera que un buen resultado debe tener una diferencia de 2 oC entre el valor experimental y el valor calculado. Con lo anterior, ¿cómo consideras tus resultados experimentales?

Reflexionar y Responder 1.- El mercurio es tóxico acumulativo y produce hidrargirismo. Su uso debe ser limitado, por lo que sería conveniente usar un termómetro de agua. ¿Por qué este termómetro no se usa? 2.- Los termómetros clínicos son diferentes de los termómetros que utilizamos para medir la temperatura a los sistemas en nuestro laboratorio. En el caso de los termómetros clínicos, antes de efectuar la medición de la temperatura, el mercurio de la columna tiene que estar en el bulbo, lo cual no ocurre con los otros termómetros. ¿Por qué sucede esto? 3.- De la literatura se obtuvieron las siguientes definiciones de temperatura: a. La temperatura es una medida de la intensidad del calor o de qué tan caliente está un sistema independientemente de su tamaño. b. La temperatura de un sistema es una medida del movimiento aleatorio de las moléculas del sistema. Indicar en cada caso el error involucrado y discutir. 4.- ¿En qué valor las escalas Fahrenheit y Celsius son exactamente iguales, pero de signo contrario? 5.- Una aleación de cobre se retira de un horno a 200ºC y se enfría a una temperatura de 20ºC, a. Expresar el cambio de temperatura en grados Fahrenheit b. ¿Cuál es el cambio en grados Kelvin? 6.- Un termómetro está graduado en una escala arbitraria en la que la temperatura de fusión del agua corresponde a -10° y la de ebullición del agua a 140°. ¿Qué valor corresponderá en esa escala la temperatura de 50°C? Aplicación del lenguaje termodinámico 1.- Describir como se ejemplifica la ley cero en nuestro trabajo experimental. 2.- Escribir tres preguntas relacionadas con la descripción anterior que involucren el lenguaje termodinámico. Sugerencia: Las preguntas pueden involucrar los siguientes términos: sistema de trabajo y su clasificación, tipos de paredes o fronteras, restricciones de trabajo (variables que permanecen constantes), condición de equilibrio, etc. 3.- Responder las preguntas propuestas.

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