Fundamentos de Termodinámica: Calor, Temperatura y Estados de la Materia

Fundamentos de Termodinámica

Calor y Temperatura

Calor: Es la energía que se transfiere de un cuerpo a otro al ponerlos en contacto debido a una diferencia de temperatura entre ellos.

Temperatura: La temperatura de un cuerpo es una magnitud física que nos permite medir el nivel térmico de los diferentes cuerpos.

No es correcto decir que el calor se encuentra almacenado en los cuerpos, sino que lo que está almacenado en ellos es la energía interna, la cual se encuentra en forma de energía potencial y cinética de sus partículas.

Medición de la Temperatura

Existen ciertas propiedades físicas que varían en función de la temperatura; estas son longitud, superficie y volumen.

Clases de Termómetros

a) Termómetro líquido

b) Termómetro metálico

Termómetros Líquidos

En los termómetros líquidos se utiliza el mercurio o el alcohol. Las ventajas que presenta el mercurio como sustancia termométrica son:

1. Puede obtenerse puro.
2. No moja el cristal.
3. Se mantiene en estado líquido entre temperaturas convenientes.
4. Se dilata uniformemente.
5. Tiene calor específico bajo.
6. Es buen conductor de calor.

Termómetros Metálicos

Los termómetros metálicos están construidos de dos metales diferentes que se dilatan en forma desigual y son usados para construir los termógrafos de las estaciones meteorológicas.

Escalas de Temperatura

Al construir las escalas de los termómetros y hacerles la graduación, se eligen dos temperaturas determinadas tomadas como referencia.

1. Escala Centígrada (Celsius): Llamada también Celsius en honor al biólogo suizo Andrés Celsius (1701-1744). Usa los puntos de fusión del hielo (0 grados centígrados) y el de ebullición del agua (100 grados centígrados).
2. Escala Fahrenheit: Tiene 32 grados Fahrenheit para la fusión del hielo y 212 grados Fahrenheit para la ebullición del agua.

Dilatación de Sólidos

Los cuerpos sólidos al ser sometidos a variaciones de temperatura se dilatan, es decir, sus dimensiones se hacen mayores. Cuando nos interesa su longitud, estamos en presencia de dilatación o expansión lineal.

El coeficiente de dilatación lineal (α) representa la variación de longitud por cada unidad de longitud cuando la temperatura aumenta en un grado centígrado.

Dilatación Superficial y Cúbica

Al igual que ha ocurrido con la dilatación lineal, ocurre con la dilatación en dos dimensiones (dilatación superficial) y la dilatación en tres dimensiones (dilatación cúbica).

Estados de Agregación o Fase

En la naturaleza, las sustancias se pueden presentar bajo 4 estados: líquido, sólido, gaseoso y plasma.

Sólido

Se caracteriza porque la energía cinética es menor que la energía potencial y sus moléculas vibran sin cambiar de lugar debido a su gran fuerza de cohesión.

Líquido

Se caracteriza porque la fuerza de cohesión entre sus moléculas es débil, deslizando unas sobre otras.

Gas

Se caracteriza porque las moléculas se encuentran separadas unas de otras debido a que la fuerza de cohesión entre sus moléculas es casi nula.

Plasma

Llamado el cuarto estado de la materia, se origina al aumentar la temperatura a más de 5 mil grados centígrados.

Cambios de Fase

La temperatura de fusión es la temperatura constante a la cual una sustancia pasa de estado sólido a líquido.

Se llama calor de vaporización a la cantidad de calor suministrado a un líquido a la temperatura de ebullición para que pase al estado de vapor.

Condensación: Es el paso de gas a líquido por desprendimiento de calor.

Solidificación: Se llama solidificación al paso de líquido a sólido.

Sublimación: Es el proceso mediante el cual se pasa directamente de estado sólido a vapor.

Evaporación: Es un proceso físico que consiste en el paso lento de un estado líquido a gaseoso tras haber adquirido suficiente energía.

Aplicaciones

Olla de Presión: Al colocar dentro de la olla un líquido (por lo general agua), esta alcanza su punto de ebullición y se transforma en vapor.

Punto Triple: Es aquel en el cual coexisten en equilibrio el estado sólido, el líquido y gaseoso de una sustancia.