Termodinamica Tema 2
-
Upload
harry-de-los-rios -
Category
Documents
-
view
45 -
download
0
Transcript of Termodinamica Tema 2
-
PRINCIPIO CERO Y TEMPERATURA
TEMA 2
3.
CONCEPTO DE TEMPERATURA
5.
TERMMETROS
1.
INTRODUCCIN
2.
POSTULADOS INICIALES
4.
ESCALAS TERMOMTRICAS
Prof. Mohamed Khayet Souhaimi
Fsica Aplicada I (UCM)
Termodinmica_Grado en Fsica (P1)
-
REFERENCIAS
* M.W. Zemansky
y R.H. Dittman
(Calor y Termodinmica):Captulo 1 -
(Temperatura)
* J. Aguilar Peris (Curso de Termodinmica): Captulo 2 -
(Temperatura y principio cero)
* C. Fernndez Pineda, S. Velasco Mallo
(Termodinmica) (2009): Captulo 2: (Principio cero)
Prof. Mohamed Khayet Souhaimi
Fsica Aplicada I (UCM)
Termodinmica_Grado en Fsica (P2)
-
1.
INTRODUCCIN
* Estructura formal de la Termodinmica: (Dos postulados y tres Principios)
Primer Principio: (Principio de Conservacin de la Energa)
Segundo Principio: (Principio de Incremento de la Entropa)
Tercer Principio: (Principio de Inaccesibilidad del Cero Absoluto)
Primer Postulado: (Principio General de la Termodinmica)
Segundo Postulado: (Principio Cero)
Prof. Mohamed Khayet Souhaimi
Fsica Aplicada I (UCM)
Termodinmica_Grado en Fsica (P3)
-
2.
POSTULADOS INICIALES
* Primer Postulado: (Principio general de la Termodinmica)
Garantiza la existencia de estados de equilibrio termodinmico en los sistemas termodinmicos
Existencia de funciones de estado de un sistema en equilibrio termodinmico (por medio de variables de estado)
Todo sistema aislado
en el curso del tiempo alcanza un estado de equilibrio termodinmico que no puede abandonar de modo espontneo
Prof. Mohamed Khayet Souhaimi
Fsica Aplicada I (UCM)
Termodinmica_Grado en Fsica (P4)
-
Equilibrio trmico
CBCABA
Si
Pareddiatrmana
Pared adiabtica
A
B C
Justifica la existencia de una funcin de estado que llamaremos Temperatura Caracterizacin del equilibrio trmico entre sistemas
Se formul 1 vez por Ralph H. Fowler y Guggenheim (1939) Hasta 1950 no se admite como Principio
* Segundo Postulado: (Principio Cero) J.C. Maxwell 1871
El equilibrio trmico de un sistema A separadamente con los sistemas B y C, implica el equilibrio trmico de los sistemas B y C.
James Clerk
Maxwell (1831-1879)
Propiedad transitiva del equilibrio trmico
Prof. Mohamed Khayet Souhaimi
Fsica Aplicada I (UCM)
Termodinmica_Grado en Fsica (P5)
-
3.
CONCEPTO DE TEMPERATURA(Justificacin matemtica de la temperatura, Temperatura
emprica)
Sistemas simples (2 grados de libertad): 2 variables de estado ( X , Y )
-
Considerar los 3 sistemas (A, B, C)
==
=
=),,(),,(
0),,,(:
0),,,(:
CCAACA
BBAABA
CCAAAC
BBAAAB
YXYgXYXYgX
YXYXfCAYXYXfBA
),,(),,( CCAACBBAAB YXYgYXYg =0),,,(: = CCBBBC YXYXfCBPrincipio cero:
),(),( CCCBBB YXtYXt =Simplificar YA
:
Definir una funcin de estado
Temperatura del sistema
Pared adiabtica
A
B C
Prof. Mohamed Khayet Souhaimi
Fsica Aplicada I (UCM)
Termodinmica_Grado en Fsica (P6)
-
* Repetir el mismo razonamiento:
),(),( CCCAAA YXtYXt =Pareddiatrmana
Pared adiabtica
B
A C
Debe existir una funcin de estado definida para cada sistema, que adquiere el mismo valor en cada uno de ellos cuando se encuentran en equilibrio trmico
),( YXtt =
),(),(),( CCCBBBAAA YXtYXtYXt ==
TemperaturaCmo podemos medir esta funcin temperatura en un sistema de nuestro inters
y qu
unidades le asignamos?
Termmetros: distintas magnitudes termomtricas Temperatura emprica Distintas escalas de medida y ecuaciones termomtricas (Puntos fijos)
Escalas termomtricas. Prof. Mohamed Khayet Souhaimi
Fsica Aplicada I (UCM)
Termodinmica_Grado en Fsica (P7)
-
0)( =+ aMHCnRPVM
* Los sistemas A y B son sales paramagnticas con coordenadas (H,M) y (H,M), respectivamente; mientras que el sistema C es un gas con coordenadas (P,V). Cuando A y C estn en equilibrio trmico se cumple:
0=MPVnRCHy cuando lo estn B y C se cumple:Siendo n, R, a, C, C
constantes.
Cules son las funciones del par de variables de cada sistema, iguales entre s en el equilibrio trmico?.
Cul es la relacin que expresa el equilibrio trmico entre los sistemas A y B?.
( ) aVPVPV = 33223
* 3 sistemas, que llamaremos 1, 2 y 3 y que tienen el volumen y la presin como variables mecnicas, se ponen en contacto trmico por parejas. Cuando el primero y el segundo estn en equilibrio trmico se cumple:
12211 bPVPVP =y cuando lo estn el segundo y el tercero:
donde a y b son constantes.
Cumplen estos tres gases el principio cero?. Si lo hacen,
Cules son las funciones que se igualan en el equilibrio trmico?.
Prof. Mohamed Khayet Souhaimi
Fsica Aplicada I (UCM)
Termodinmica_Grado en Fsica (P8)
-
Termmetros en equilibrio trmico con el sistema
Magnitud macroscpica de un sistema que vara al hacerlo la temperatura (magnitud termomtrica): (Longitud de una columna de mercurio, f.e.m
de un
termopar, resistencia elctrica de un hilo metlico, etc.) Elegir la magnitud termomtrica adecuada: Condiciones
4.
ESCALAS TERMOMTRICAS
1. Relacin entre el valor de la magnitud medida y el valor asignado a la temp.
2. Pequeas variaciones de temp. deben originar apreciables variaciones de la propiedad termomtrica.
3. Diferentes termmetros utilizando la misma propiedad termomtrica deben indicar la misma temp. en los mismos estados.
4. El intervalo de temp. elevado.
5. No debe poseer inercia.
6. Tamao reducido del termmetro utilizado.
Prof. Mohamed Khayet Souhaimi
Fsica Aplicada I (UCM)
Termodinmica_Grado en Fsica (P9)
-
Algunos termmetros
Dispositivo termomtrico Propiedad medida
Termmetro de mercurioTermmetro bi(tri)metlicoTermmetro de gas a V constante (P)Termmetro de gas a P constante (P)Termmetro de presin de vapor (P)Termmetro de platinoTermistorTermoparTermmetro de condensador (P)Termmetro magntico (P)Pirmetro ptico (P)Pirmetro de radiacin total (P)Termmetros de ndice de refraccin (P)Termmetro de Ruido (P)
Dilatacin de un lquidoDilatacin de slidosPresin de un gasVolumen de un gasPresin de vaporResistencia elctrica de un metalResistencia elctrica de un semiconductorFem termoelctricaConstante dielctricaSusceptibilidad magnticaIntensidad de la luzEmisin de energa trmicandice de refraccinRuido de una resistencia elctrica
(P) se utilizan como termmetros primarios Prof. Mohamed Khayet Souhaimi
Fsica Aplicada I (UCM)
Termodinmica_Grado en Fsica (P10)
-
* Ecuaciones lineales [t = a x+b
o t = a x] cuyas constantes se determinan por medio de puntos fijos: p.e. Punto de hielo (0C) o del vapor de agua ( 100C).
* Establecer la escala adecuada (Establecer la correspondencia entre la propiedad termomtrica y la temperatura) Temperatura emprica
* Correlacionar la magnitud termomtrica con la temperatura (t) mediante una ecuacin termomtrica
elegida arbitrariamente.
* Funcin cuadrtica, logartmica, etc.
Escala centgrada (Celsius, C)1741
Anders Celsius
(1701-1744)
Escalas empricas
Prof. Mohamed Khayet Souhaimi
Fsica Aplicada I (UCM)
Termodinmica_Grado en Fsica (P11)
-
Escala Fahrenheit (F) 1709Punto de hielo: 32F
Punto de vapor de agua: 212 F
* Comparar las medidas que proporcionan los diferentes termmetros: Termmetro patrn
Termmetro de gas
Daniel Gabriel Fahrenheit (1686-1736)
32)(8.1)( += CTFT
Escala de temperatura del gas ideal
William John Macquorn
Rankine
(1820-1872)
Escala Rankine (R)1859
67.459)()( += FTRT
Sir William Thomson, lord Kelvin
(1824-1907)Escala Kelvin (K)
184815.273)()( += CTKT
Ojo: Se indica aqu
las dos escalas Kelvin y Rankine solamente para poder realizar la conversin. Se hablar
de la temperatura absoluta una vez introducido el 2
Principio de la Termodinmica.
Prof. Mohamed Khayet Souhaimi
Fsica Aplicada I (UCM)
Termodinmica_Grado en Fsica (P12)
-
* En 1730 el fsico francs Ferchault
de Ramur
construy
un termmetro de dilatacin con alcohol metlico como sustancia termomtrica y propuso la escala de temperatura que lleva su nombre, Ramur, R. En ella, la temperatura es funcin lineal de la variable termomtrica y los puntos fijos de hielo y de vapor toman los valores 0R
y 80R, respectivamente.
Establecer las equivalencias con las escalas Celsius y Ferenheit
y determinar el valor Ramur
del cero absoluto.
* Un termistor obedece la ley: )(0)(
KTB
eRR =donde R0
y B son constantes. Cuando se calibra dicho termistor en el punto
triple del agua se encuentra una resistencia R3
=938.7 y en el punto de vapor Rv
=1055.2 . Hallar la temperatura que mide ese termistor cuando su lectura es R=1004.5 .
Prof. Mohamed Khayet Souhaimi
Fsica Aplicada I (UCM)
Termodinmica_Grado en Fsica (P13)
-
* PRCTICA
Calibrado de un termmetro de resistencia y de un termistor
Prof. Mohamed Khayet Souhaimi
Fsica Aplicada I (UCM)
Termodinmica_Grado en Fsica (P14)
-
250 a.C. (Filn de Bizancio) Termoscopio de Filn
Galileo Galilei (1564-1642) Redescubri
el termoscopio (1597 )
Termo-baroscopio
Giovanni Francesco Sagredo (1571-1620) Grado en una escala de temperaturas
Jean Leurechon
(1593-1670) Denominacin Termmetro (1624)
Fernando II de Mdicis (1610-1670) Termmetro de Galileo (1645)
Academia del Cimento
de Florencia (1657) Gran variedad de artsticos termmetros de vidrio
5.
TERMMETROS
- S. Velasco Maillo y C. Fernndez Pineda Un paseo por la historia de la termometra REF Julio-Septiembre de 2005. (Notas histricas)
- C. Fernndez Pineda y S. Velasco Maillo Sobre la Medida de la Temperatura; Rev. R. Acad. Cienc. Exact. Fis. Natu. (Esp); Vol. 9, N 2, pp. 337-356 (2005).
* Termoscopios
Prof. Mohamed Khayet Souhaimi
Fsica Aplicada I (UCM)
Termodinmica_Grado en Fsica (P15)
-
Termmetro de gas (volumen constante)
Escala de temperatura del gas ideal
Termmetro ideal
Gas
(Pv
/Ph
)v
Ph
1.36609 0.00004
A
B
CX XX X XX
X
X XX
X
X
X
XX
X
Hidrgeno o helio Hielo fundente Ph Agua en ebullicin Pv Se extrae una cantidad de gas y se vuelve a realizar
las mismas operaciones
36609.1lim0
=
=
Vh
vP
h
v
PP
TT
h
00004.036609.1lim0
=
Vh
vP P
Ph
Diferencia entre las temperaturas Tv
y Th 100 grados
Prof. Mohamed Khayet Souhaimi
Fsica Aplicada I (UCM)
Termodinmica_Grado en Fsica (P16)
-
Baja presin: T P (V=Cste) T= a + b P (a y b se determinan de forma
experimental) Si el punto de hielo (0C) y el punto de vapor
(100C) la escala de temperatura del gas coincidir
con la escala Celsius
Escala absoluta de temperatura de gas (a=0)
Th
=273.15 K Temperatura absoluta de fusin del hielo Tv
=373.15 K Temperatura de ebullicin del agua
VTpP P
PTTP
=
,0,
lim16.273
1954 (X conferencia de Pesas y Medidas, CIPM): Punto fijo nico estndar Punto triple del agua (273.16 K)
VhP P
PTh
= 0lim15.273
Prof. Mohamed Khayet Souhaimi
Fsica Aplicada I (UCM)
Termodinmica_Grado en Fsica (P17)
-
Escala internacional de temperaturas de 1990 (EIT-90)
1927 se adopt
la primera escala internacional de temperaturas (EIT-1927).
Dos objetivos: 1-
Escala de base comn para la medida de temperaturas 2-
La base debera contener y explotar la alta reproducibilidad
de determinados termmetros secundarios:
* Termmetros de resistencia de platino
* Termopar platino/platino-rodio
EIT-1927 fue revisada, ampliada y enmendada en 1948, 1958, 1962, 1968, 1976 y 1990 (actualmente en uso).
La EIT-90 se basa en una serie de puntos fijos y reproducibles y consta
de unos termmetros secundarios.
Prof. Mohamed Khayet Souhaimi
Fsica Aplicada I (UCM)
Termodinmica_Grado en Fsica (P18)
-
Puntos fijos T90 (K) t90 (C) Termmetro utilizado
Punto de presin del vapor de helioPunto triple del hidrgenoPunto triple del nenPunto triple del oxgenoPunto triple del argnPunto triple del mercurioPunto triple del agua* Punto de fusin del galioPunto de solidificacin del cincPunto de solidificacin del aluminioPunto de solidificacin de la plataPunto de solidificacin del oroPunto de ebullicin del cobre
3 a 513.8024.5654.3683.80234.32273.16302.91692.67933.471234.931337.331357.77
-270.15 a -268.16-259.35-248.59-218.79-189.34-38.830.0129.76419.53660.32961.781064.181084.62
Gas helio
Resistencia de platino
Termmetro de radiacin
Prof. Mohamed Khayet Souhaimi
Fsica Aplicada I (UCM)
Termodinmica_Grado en Fsica (P19)
PRINCIPIO CERO Y TEMPERATURAREFERENCIASNmero de diapositiva 3Nmero de diapositiva 4Nmero de diapositiva 5Nmero de diapositiva 6Nmero de diapositiva 7Nmero de diapositiva 8Nmero de diapositiva 9Nmero de diapositiva 10Nmero de diapositiva 11Nmero de diapositiva 12Nmero de diapositiva 13Nmero de diapositiva 14Nmero de diapositiva 15Nmero de diapositiva 16Nmero de diapositiva 17Nmero de diapositiva 18Nmero de diapositiva 19