TEMPERATURA

OBJETIVOS

Comprender el concepto de TEMP estableciendo el equilibrio térmico entre dos o más sistemas.

Proponer una nueva escala empírica de TEMP y relacionarla con otras escalas conocidas, como la escala Celsius o

la escala Fahrenheit.

Problema

Proponer una nueva escala empírica (°E) y relacionarla con la escala Celsius (°C).

Cuestionario previo

1. ¿Qué establece la ley cero de la termodinámica?

Sistema A

Sistema B

Sistema C

Sistema A

Sistema B

Sistema C

(a) (b)

Dos sistemas que se encuentran en equilibrio térmico con un

tercer sistema están en equilibrio térmico entre sí

Ley Cero de la Termodinámica

LCE/2003

2. Definir temperatura

Función de estado

Propiedad intensiva, característica del sistema

Nos permite saber, al comparar 2 sistemas en contacto mediante una pared diatérmica están en equilibrio térmico

DIFERTE A CALOR (no se posee)

3. ¿Qué es un termómetro?

Es un instrumento de medición que tiene una propiedad termométrica que varia con la temperatura y es comparable con un patrón predeterminado

Diferentes tipos de termómetros

Propiedad termométrica

Ejemplo Intervalo de medición (°C)*

Dilatación

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

Escalas Termométricas

1592 Galileo

Invención del termoscopio

Prop termométrica

P-V

Pr 1700s Newton

1a escala termométrica

1714 Fahrenheit

1er termómetro líquido en

vidrio

1742 Celsius

Escala 0-100

1848 Kelvin Escala

absoluta de temp.

1887 1a CIPM

Define escala temp. con 2

ptos.fijos 0-100 (1 atm)

1931 Fowler

Ley Cero

1662----------------------1845

Termometría de gases

LCE/2003

Fa

hre

nh

eit

Ran

kin

e

Kelv

in

671.69

273.15 491.69 0 32

212

Cel

siu

s

100 373.15

100 100 180 180

Divisiones entre los puntos fijos

4. Definir escala de temperatura. Escalas relativas

Escalas absolutas

5. De las escalas de temperatura conocidas,

¿Cuáles son empíricas y cuáles absolutas?

Escalas Absolutas

Fa

hre

nh

eit

Escalas Empíricas

Cel

siu

s

Ran

kin

e

Kelv

in

Punto de ebullición

del agua

Punto de congelación

del agua

Cero Absoluto

212 100 671.69 373.15

273.15 491.69 0 32

0 0 -273.15 -460

Cubrir con masking

tape la escala de uno

de los termómetros

permitiendo que se vea

la columna de mercurio

• 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)

• 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)

• Prepara 8 mezclas de agua

fría-agua caliente en el frasco

Dewar

• Determina la temperatura

(equilibrio térmico) en los dos

termómetros (°C y °E) para cada

mezcla

• Escribe los datos en la tabla 2

Manejo de datos

Completa la información experimental solicitada en las siguientes tablas 1 y 2

Evento Temperatura experimental en (°C) « eje x»

Temperatura experimental en (°E)

«eje y» calculada

HIELO

M-1 90 ml-10 ml fría – caliente

M-2 80-20

M-3 70- 30

M-4 60- 40

M-5 50- 50

M-6 40- 60

M-7 20- 80

M-8 10- 90

AGUA EBULLICIÓN

PUNTOS FIJOS Termómetro de Hg (°C) Termómetro de Hg (°E) PROPUESTA DEL VALOR

Punto de fusión del hielo

Punto de ebullición del agua

X (punto fijo inferior)

Y (punto fijo superior)

5

4

3

2

1

°C C

C C

°Et -Xt

YY-X

X=

-X

-

Est

ud

ian

te

X Xc

Cel

siu

s

Yc Y

Y - X Yc - Xc

Manejo de datos

°C C

C C

°Et -Xt

YY-X

X=

-X

-

1. Con la igualdad calcula °E

2. Realiza una grafica en excel de

°C vs °E

3. Obtén la ecuación de la recta

y = mx + b y R2

4. Transcríbela con las variables

correspondientes

°E = m°C + b

5. Llena la tabla 3 con la

ecuación obtenida

Con los datos experimentales de la tabla anterior

graficar y obtener la ecuación de la recta y completar la siguiente tabla:

T(°E) calculada con

ECUACIÓN ALGEBRAICA E = m

Cexp + B

T(°C) calculada con la ECUACIÓN DE LA

RECTA C = m

Eexp + B

En el reporte incluye la parte de

BIBLIOGRAFÍA

CONCLUSIONES

Reflexionar y responder

Aplicación del lenguaje termodinámico

Una vez llenada la tabla 2 realiza la grafica de °C vs °E

y = 1.8891x - 27.04 R² = 0.9911

-40

-20

0

20

40

60

80

100

120

140

160

0 20 40 60 80 100

False

Experimentales Calculados

°C °E °C °E

hielo 0 -30 0.0 -27.04

1 23 13 23.0 16.41

2 19 7 19.0 8.85

3 5 -5 5.0 -17.59

4 9 -15 9.0 -10.04

5 29 28 29.0 27.74

6 37 42 37.0 42.86

7 42 52 42.0 52.30

8 46 60 46.0 59.86

ebullición 93 150 93.0 148.65

y = mx +b

°E = 1.8891°C-27.04

y = 1.8891x - 27.04 R² = 0.9911

-40

-20

0

20

40

60

80

100

120

140

160

0 20 40 60 80 100

Sistema 1

X1, y1,…

Sistema 2

X2, y2,…

Sistema 1

X1, y1,…

Sistema 2

X2, y2,…

pared adiabática pared diatérmica

T1 T2

T1 T2

tF tC

32°F

212°F

180

100°C

0°C

100

°F °C

180

t

100

t FC

180

32t

100

0t FC

LCE/2003

°F vs. °C

y = 1.8x + 32

°F = 1.8°C + 32

0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 50 100 150 200

°C

°F

K vs. °C

y = x + 273

K = °C + 273

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

-300 -200 -100 0 100 200

°C

K

R vs. K

y = 1.8x

R = 1.8K

0

100

200

300

400

500

600

700

800

0 100 200 300 400 500

K

R

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.