Subtema 5.2. Equilibrio termodin

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Subtema 5.2. Equilibrio termodinámico.

• Cuando un sistema de baja temperatura se pone en
  contacto por medio de una pared diatérmica con
  otro sistema de mayor temperatura, la temperatura
  del sistema frío aumenta, mientras la temperatura
  del sistema caliente disminuye.

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• Si se mantiene este contacto por un periodo
  largo, se establecerá el equilibrio
  termodinámico, es decir, ambos sistemas tendrán
  la misma temperatura. Es evidente que si los
  sistemas están formados por diferentes sustancias
  o diferentes porciones de ellas, no contienen la
  misma cantidad de energía interna aunque su
  temperatura sea igual. Cuando la temperatura de
  un cuerpo caliente empieza a descender, las
  moléculas reducen el número total e intensidad de
  sus procesos de movimiento.

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Punto triple de una sustancia.

• Por definición, el punto triple de una sustancia
  es aquel en el cual sus tres fases (sólido,
  líquido y gaseoso) coexisten en equilibrio
  termodinámico.
• Para obtener en forma experimental el punto
  triple de una sustancia, se debe variar la
  temperatura y la presión hasta lograr con ciertos
  valores que la sustancia se encuentre en sus tres
  fases.

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• Por ejemplo el punto triple del agua es cuando
  el hielo, el agua líquida y el vapor de agua,
  coexisten en equilibrio térmico. La temperatura
  del punto triple del agua es de 273.16K y la
  presión es de 6.025 x 10-3 atmósferas. Si un
  cuerpo sólido que se encuentra a una presión
  menor a la de su punto triple, es calentado,
  directamente se gasifica sin pasar por el estado
  líquido, efectuándose así una sublimación.

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ENERGIA INTERNA

• La energía interna de un sistema se define como
  la suma de las energías cinética y potencial de
  las moléculas individuales que lo constituyen. Al
  suministrar calor a un sistema, se provoca un
  aumento en la energía de agitación de sus
  moléculas, se produce un incremento en la energía
  interna del sistema y por consiguiente un aumento
  en la temperatura.

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• En general, cuanto mayor sea la temperatura de un
  sistema, mayor será su energía interna. Sin
  embargo, los valores absolutos de ésta en las
  moléculas no se pueden precisar, motivo por el
  cual sólo se determina la variación que sufre la
  energía del sistema mediante la expresión
• ?U Uf Ui. Donde
• ?U variación de la energía interna en Joules
  (J)
• Uf energía interna final en Joules (J).
• Ui energía interna inicial en Joules (J).

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Formas de propagación del calor.

• Si dos cuerpos se ponen en contacto y no
  manifiestan tendencia a calentarse o enfriarse,
  es porque su temperatura y, por tanto, la energía
  cinética media de sus moléculas es igual pero
  cuando diversas partes de un mismo cuerpo, o
  varios cuerpos en contacto, están más calientes,
  todos tenderán a alcanzar la misma temperatura y
  el calor se propagará de un punto a otro.

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• El calor o energía calorífica siempre se propaga
  de los cuerpos calientes a los fríos, de tres
  maneras diferentes
• a) Conducción
• b) Convección
• c) Radiación.

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• Conducción.- es la forma de propagación del calor
  a través de un cuerpo sólido, debido al choque
  entre moléculas. Cuando el extremo de una varilla
  metálica se ponen en contacto con el fuego, al
  cabo de cierto tiempo el otro extremo también se
  calienta. Esto se debe a que las moléculas del
  extremo calentado por el fuego vibran con mayor
  intensidad, es decir, con mayor energía cinética.

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• Una parte de esa energía se transmite a las
  moléculas cercanas, las cuales al chocar unas con
  otras comunican su exceso de energía a las
  contiguas, así su temperatura aumenta y se
  distribuye en forma uniforme a lo largo de la
  varilla. Esta transmisión de calor continuará
  mientras exista una diferencia de temperatura
  entre los extremos, y cesará totalmente cuando
  sea la misma en todas las partes.

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• Convección.- Es la propagación del calor
  ocasionada por el movimiento de la sustancia
  caliente. Al poner agua en un vaso de precipitado
  y calentarla posteriormente, observamos que
  transcurrido cierto tiempo comienza un movimiento
  en el seno (parte interna) del líquido

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• Esto se debe a que al recibir calor el líquido
  del fondo, la temperatura sube y provoca su
  dilatación, aumentando el volumen y en
  consecuencia disminuye la densidad de esa
  porción, por lo que sube a la superficie y es
  reemplazada por agua más fría y con mayor
  densidad. Este proceso se repite con la
  circulación de masas de agua más caliente hacia
  arriba y las de agua más fría hacia abajo,
  provocándose las llamadas corrientes de
  convección.

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• El calentamiento en los líquidos y gases es por
  convección. Los vientos son corrientes de
  convección del aire atmosférico, debido a las
  diferencias de temperatura y densidad que se
  producen en la atmósfera.

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• Radiación.- es la propagación del calor por medio
  de ondas electromagnéticas esparcidas, incluso en
  el vacío, a una velocidad de 300 mil km/seg. El
  calor que nos llega del Sol es por radiación,
  pues las ondas caloríficas atraviesan el vacío
  existente entre la Tierra y el Sol. A las ondas
  caloríficas también se les llama rayos
  infrarrojos, en virtud de que su longitud de onda
  es menor si se compara con la del color rojo.

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• Todos los cuerpos calientes emiten radiaciones
  caloríficas, es decir ondas electromagnéticas de
  energía proporcional a su temperatura. Cuando la
  radiación de un cuerpo caliente llega a un
  objeto, una parte se absorbe y otra se refleja.
  Los colores oscuros son los que absorben más las
  radiaciones. Por ello, en los climas cálidos se
  usan con frecuencia ropas de colores claros para
  reflejar gran parte de las ondas infrarrojas y
  luminosas que provienen del Sol.

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Unidades para medir el calor.

• Como ya señalamos, el calor es una forma de
  energía llamada energía calorífica. Por lo tanto,
  las unidades para medir el calor son las mismas
  del trabajo mecánico y la energía
• a) Sistema Internacional de Unidades
• Joule Newton x metro.
• b) Sistema CGS
• Ergio dina x centímetro dina. Cm.

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• Aunque existen las unidades anteriores, aún se
  utilizan unidades como la caloría y el BTU que a
  continuación se describirán
• Caloría.- es la cantidad de calor aplicado a un
  gramo de agua para elevar su temperatura 1C.
• Kilocaloría.- Es un múltiplo de la caloría y
  equivale a 1 Kcal 1000 cal.

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• El BTU es la unidad para medir el calor en el
  Sistema Inglés, y dichas siglas son British
  Thermal Unit, que significa, Unidad térmica
  Británica, y es la cantidad de calor aplicada a
  una libra de agua (454 gramos) para que eleve su
  temperatura un grado Fahrenheit
• 1 Btu 252 cal 0.252 Kcal
• La equivalencia entre joules y calorías, es la
  siguiente
• 1 joule 0.24 cal
• 1 caloría 4.2 Joules.

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(No Transcript)