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TERMODINÁMICA LEY CERO DE LA TERMODINÁMICA Introducción: Si ponemos en contacto un cuerpo caliente con otro frío, el caliente se enfría y el frío se calienta hasta que ambos alcanzan la misma temperatura, esto se debe a una transferencia de energía del cuerpo más caliente al más frío en forma de calor, sabiendo que el calor no es una propiedad de los cuerpos, si no energía en tránsito ya que los cuerpos no poseen calor. La ley del cero de la termodinámica define el equilibrio térmico en un sistema aislado. De acuerdo con esta ley, cuando dos objetos en equilibrio térmico están en contacto, no hay ninguna transferencia de calor neto entre ellos; por lo tanto, están a la misma temperatura. Otra forma de enunciar la ley cero es decir que, si dos objetos por separado están cada uno en equilibrio térmico con un tercer objeto, entonces todos están en equilibrio térmico entre sí. La ley cero nos permite medir la temperatura de los objetos. Cada vez que usamos un termómetro estamos utilizando la ley cero de la termodinámica. Medida de la temperatura La temperatura es una magnitud física escalar que nos permite conocer el nivel de energía térmica con que cuenta sistema. Las partículas que poseen los cuerpos se mueven a una determinada velocidad (vibran), por lo que cada una cuenta con una determinada energía cinética. El valor medio de dicha energía cinética (Ec) está directamente relacionado con la temperatura del cuerpo. 10° C 80° C Agua fría Agua caliente
Dicha magnitud está vinculada a la noción de frío (menor temperatura) y caliente (mayor temperatura), La temperatura se mide con termómetro, la unidad de temperatura en el sistema Internacional es el Kelvin, las tres escalas más habituales de temperatura son: La escala Celsius (°C) Medida en grados Centígrados. La escala Kelvin (K) Medida en Kelvin La escala Fahrenheit (°F) Medida en grados Fahrenheit. La escala Rankine (°R) Medida en grados Rankine. Escala Celsius El grado Celsius (símbolo °C) es la unidad termométrica que pertenece al Sistema Internacional de Unidades, fue propuesta por Anders Celsius definió su escala en 1742 considerando las temperaturas de ebullición (0 °C) y de congelación del agua (100 °C), el grado Celsius se define a partir del kelvin del siguiente modo: °C = K - 273, La escala de Celsius es muy utilizada para expresar las temperaturas de uso cotidiano, desde la temperatura del aire a la de un sinfín de dispositivos domésticos (hornos, aire acondicionado, hidrómetros, entre otros. Los grados Celsius y los grados Fahrenheit se relacionan con la siguiente fórmula: ° C =
( ° F − 32 )
Una diferencia de 1,8 ºF equivale a la de 1 grado Celsius. Fahrenheit estableció la temperatura cero (0 °F), al punto de congelación de una mezcla al 50% de sal (cloruro de amonio) y hielo, y como 96 ° F, cogió la temperatura de la sangre (él utilizó la de los caballos). ° F =
°C + 32
Escala Rankine La escala Rankine es una escala absoluta de temperatura termodinámica en la cual todos sus valores son positivos, ya que están referidos al cero absoluto. Fue propuesta en 1859 por el ingeniero escocés William John MacQuorn Rankine, La escala Rankine está relacionada con los grados Fahrenheit. Por lo tanto, el valor del cero absoluto para esta escala viene expresado en grados Fahrenheit; este es de -459,67 ºF. Así, para obtener las otras temperaturas basta con sumarle 459,67 al valor de las temperaturas °R = °F + 459, Para transformar de Celsius a Rankine utilizamos la siguiente fórmula
° R =(
° C + 32 )+ 459,
Ejercicios de Aplicación:
1. Transformar 20° C, Kelvin. Utilizando la fórmula tendremos K = °C + 273, K = 20° + 273, K = 293,15 K 2. Convertir 15 ºC en ºF ° F =
° C + 32
° F =
° F = 27 + 32
° F = 59 ° F
3. Convertir 80 ºF en ºC ° C =
( ° F − 32 )
° C =
° C =
° C =26,6 ° C
4. Convertir 27 ºC en K K = ºC + 273, K = 27 + 273, K= 300,15 K
° F =
° F = 180 + 32
° F = 212 ° C
9. Convertir 68 ºF A ºC ° C =
( ° F − 32 )
° C =
° C =
° C = 20 ° C
10. Convertir 100 °K A ºF Primero transformamos los grados Kelvin a Fahrenheit ºC = K - 273 ºC = 100 – 273, ºC = -173,15 ºC Luego calcular los ºF ° F =
° C + 32
° F =
° F =−311,67+ 32
° F =−279,67 ° F
- Convertir 32 ºF a °K
Primero transformamos los grados Fahrenheit a grados centígrados ° C =
( ° F − 32 )
C =
C = 0 ° C después transformamos los Centígrados a Kelvin K = °C +273, K = 0 +273, K =273,15 ° K
