Tema I.- Temperatura y calor

Tema I.- Temperatura y calor

Esquema del temaLección 1 Temperatura

Introducción. Conceptos básicos. Sistema y estado termodinámico. Variables, funciones y

ecuaciones de estado. Equilibrio termodinámico. Principio cero. Escalas de temperatura.

Lección 2 Calor y Calorimetrıa

Concepto de calor. Capacidad calorífica. Cambios de fase. Calorimetría.

Lección 3 Elasticidad y esfuerzos t ermicos

Relaciones matemáticas útiles. Dilatación lineal y volumétrica. Coeficiente de compresibilidad y

módulo de Young.

Lección 4 Transferencia de calor

Introducción. Conducción del calor. Ley de Fourier. Radiación Térmica. Ley de Stefan–Boltzmann.

Tema I – Fısica 1er curso CCAA – http://www.uhu.es/gem/docencia/fisica-ccaa/– p. 1

Termómetros

Tipos de termómetros

Termómetro Propiedad termométrica

Mercurio Volumen

Resistencia Resistencia eléctrica

Termopar Fuerza electromotriz

Sal paramagn. Susceptibilidad magnética

Tira bimetálica Volumen

Gas a V constante Presión


Termometría

Punto tripleTemperatura (K) Presión (10

5Pa)

Helio-4 2.17 0.0507

Hidrógeno 13.84 0.0704

Deuterio 18.63 0.171

Neon 24.57 0.432

Oxígeno 54.36 0.00152

Nitrógeno 63.18 0.125

Amoniaco 195.40 0.0607

Dióxido de azufre 197.68 0.00167

Dióxido de carbono 216.55 5.17

Agua 273.16 0.00610

Tomada de Young, University Physics, 8th Ed., Table 16-3


Termometría

Diferencias entre termómetros


Termometría

Esquema de un termómetro de gas avolumen constante


Termometría

Escala absoluta de temperatura


Termometría

Puntos fijos básicos

Substancia Estado T (K) Substancia Estado T (K)

Hidrógeno PT 13.81 Hidrógeno PEN 20.28

Neon PEN 27.102 Oxígeno PEN 54.361

Argon PT 83.798 Oxígeno PEN 90.188

Agua PT 273.16 Agua PEN 373.125

Estaño PFN 505.074 Zinc PFN 692.664

Plata PFN 1235.08 Oro PFN 1337.58

Tomado de Zemansky & Dittman, “Calor y Termodinámica”.


Termometría

Puntos fijos básicos ITS-90

T90/K t90/◦C Punto T90/K t90/◦C

0.65,3.2 -271.90,-270.97 He V 3,5 -270.15,-268.15 He V

13.8033 -259.3467 H2 T 24.5561 -248.5939 Ne T

54.3584 -218.7916 O2 T 83.8058 -189.3442 Ar T

234.3156 -38.8344 Hg T 273.16 0.01 H20 T

302.9146 29.7646 Ga S 429.7485 156.5985 In F

505.078 231.928 Sn F 692.677 419.527 Zn F

933.473 660.323 Al F 1234.93 961.78 Ag F

1337.33 1064.18 Au F 1357.77 1084.62 Cu F

Tomado de http://www.its-90.com/index.html.


Escalas Intern. de Temperatura

Diferencias ITS-90/IPTS-68


Calor

Benjamin Thompson, Conde Rumford


Capacidad calorífica

Capacidad calorífica específica y molar

c (J/g K) C (J/mol K) c (J/g K) C (J/mol K)

Aluminio 0.900 24.3 Bismuto 0.123 25.7

Cobre 0.386 24.5 Bronce 0.380 ...

Oro 0.126 25.6 Plomo 0.128 26.4

Plata 0.233 24.9 Tungsteno 0.134 24.8

Zinc 0.387 25.2 Mercurio 0.140 28.3

Etanol 2.4 111 Agua 4.186 75.2

Hielo (-10◦C) 2.05 36.9 Granito .790 ...

Capacidades caloríficas a T = 20◦C.


Cambios de fase

Superficie pVT (gas ideal)


Cambios de fase

Superficie pVT

Tomado de http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/hph.html#hph


Cambios de fase

AguaCalores latentes: Lf = 335 J/g, Lv = 2500 J/g


Dilatación

Expansión térmicaL0

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∆ L


Dilatación

Coeficientes de dilatación

Material α (×10−6 ◦C) Material α (×10

−6 ◦C)

Vidrio 9 Vidrio (pyrex) 4

Cuarzo 0.59 Aluminio 24

Cobre 17 Hierro 12

Acero 13 Platino 9

Tungsteno 4.3 Oro 14


Elasticidad

Módulos de elasticidadMaterial Y (×10

10 Pa) B (×1010 Pa)

Vidrio 6 5

Aluminio 7 7.5

Cobre 11 14

Hierro 21 16

Acero 20 16

Níquel 21 17


Transferencia de Calor

Mecanismos: conducción, convección, radiación

Conducción: ley de Fourier

H =dQ

dt= −KA

dT

dx→ H = −KA

∆T

∆x


Conductividad térmica

Material K (W/m K) Material K (W/m K)

Diamante 1000 Plata 406.0

Cobre 385.0 Oro 314

Aluminio 205.0 Hierro 79.5

Plomo 34.7 Mercurio 8.3

Hielo 1.6 Agua a 20◦C 0.6

Fibra de vid. 0.04 Ladrillo (aisl.) 0.15

Ladrillo 0.6 Corcho 0.04

Poliestireno 0.033 Poliuretano 0.02

Madera 0.12-0.04 Aire a 0◦C 0.024

Helio (20◦C) 0.138 Hidrógeno (20◦C) 0.172

Nitrógeno(20◦C) 0.0234 Oxígeno (20◦C) 0.0238

Tomado de Young, Hugh D., University Physics, 7th Ed. Table 15-5 y del CRC Handbook

of Chemistry and Physics.



Círculos de piedra en latitudes polaresVer referencias.



Convección

Celdas de Benard



RadiaciónRadiación: ley de

Stefan-Boltzmann

M = σT 4


Bibliografía

F.W. Sears, M. W. Zemansky, H. D. Young y R. A. Freedman. Física Universitaria.

Vol. I. Addison-Wesley Iberoamericana, 2004.

H.C. van Ness. Understanding Thermodynamics. Dover (New York), 1969.

(**) M.W. Zemansky y R.H. Dittman. Calor y Termodinámica. McGraw-Hill(México), 1984.

J.M. Courty y E. Kierlik. ¿Cuándo se hielan los lagos?, Investigación y Ciencia,junio 2002.

J.M. Courty y E. Kierlik. Círculos de piedras, Investigación y Ciencia, julio 2006.

MA. Gilabert y J. Pellicer, Phys. Educ. 31 52 (1996).


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