Escalas termométricas

Escala Celsius: Esta escala se basa en las
propiedades del agua. A la temperatura del punto
de congelamiento de agua pura se le asigna el cero
(0°C) y a la temperatura del punto de ebullición del
agua se asignan 100 °C. El intervalo entre el punto
de congelación y el de ebullición se divide en 100
partes iguales, llamados GRADOS.
Anders Celsius
0 ºC 100 ºC

Lord Kelvin
Escala Kelvin: Se simboliza con la letra K y es
la unidad fundamental de temperatura en el
sistema internacional de medidas (SI). El
punto de congelamiento del agua en esta
escala es de 273, 15 K y el punto de ebullición
373,15 K .
273,15 K 373,15 K

Escala Fahrenheit: Es la escala de uso más
común en Estados Unidos. El número 32 designa la
temperatura de congelación del agua y el número
212 corresponde a la temperatura de ebullición
del agua.
Gabriel Fahrenheit
32 ºF 212 ºF

Para convertir los grados Celsius a Fahrenheit:
Para convertir los grados Fahrenheit a Celsius:
32
º
5
9
º 






 C
F
)
32
(º
9
5
º 






 F
C
Para convertir los grados Celsius a Kelvin:
15
,
273
º 
 C
K
Para convertir los grados Kelvin a Celsius:
15
,
273
º 
 K
C

Para convertir los grados Fahrenheit a Rankine:
Para convertir los grados Kelvin a Rankine:
Para convertir los grados Réaumur a Celsius:
Para convertir los grados Réaumur a Kelvin:
Para convertir los grados Réaumur a Fahrenheit:
67
,
459
º
º 
 F
R
K
R 






5
9
º
Ré
C º
4
5
º 






15
,
273
º
4
5







 Ré
K
32
º
4
9
º 






 Ré
F

Termómetro de mercurio:
Propiedad termométrica: altura de una columna
de mercurio.
Se calibra introduciéndolo en un baño de
agua y hielo (L100) y en agua en ebullición
(L0)
Temperatura medida cuando se llega a una altura
L 
Puede haber diferencias de calibración a altas y
bajas temperaturas.
L100
L0
L
100
0
100
0




L
L
L
L
tc

Termómetros de gas y temperatura absoluta:
Gas de baja densidad a volumen constante  la
presión es una propiedad termométrica.
Escala de temperaturas absoluta o de Kelvin:
P
T
-273.15º C
0º K
100
0
100
0




P
P
P
P
tc
15
,
273
º 
 C
K

Propiedades termométricas
Variaciones que se producen en un cuerpo debido a
un cambio de temperatura.
Cambio del color
del cuerpo
Cambio de la
resistividad eléctrica
del cuerpo
Cambio del volumen del cuerpo
DILATACIÓN CONTRACCIÓN

Según la dimensión principal del objeto
existe:
Dilatación
Lineal Superficial Volumétrica

Dilatación Lineal
El aumento de longitud
de la varilla depende
de cuánto haya variado
su temperatura
y de la longitud inicial de
ésta
α: coeficiente de dilatación
térmica. (1/°C)
T
L
L 

 
0
 
L

 
i
f T
T
T 


 
0
L
ΔL
L0

Dilatación superficial
El aumento de área de la
placa depende de
cuánto haya variado su
temperatura y
del área inicial de ésta
 
i
f T
T
T 


 
A

 
0
A
0 2
A A T

  
ΔA
A0

Dilatación Volumétrica
El aumento de
volumen del cubo
depende de cuánto
haya variado su
temperatura
y del volumen inicial
de éste
 
i
f T
T
T 


0 3
V V T

  
ΔV
V0
)
( V

 
0
V

P
T
V
LEY DE BOYLE
LEY DE GAY - LUSSAC LEY DE CHARLES
P1/T1=P2/T2
P1V1=P2V2
V1 / T1 = V2 / T2
Directamente Proporcionales Directamente Proporcionales
Inversamente Proporcionales
LEY GENERAL
DE LOS GASES
(P1 V1)/T1=(P2 V2)/T2

LEY DE CHARLES
LEY DE GAY - LUSSAC
LEY DE BOYLE
P1/T1=P2/T2
V1 / T1 = V2 / T2
P1V1=P2V2

LEY DE BOYLE
 Ley de Boyle (1662) V =
k2
P
PV = constante (k2) para n y T constantes
Para 2 estados
diferentes:
P1V1 = cte = P2V2
La presión de una cierta
cantidad de gas ideal a T
cte. Es inversamente
proporcional al volumen.

LEY DE CHARLES
Charles (1787) V  T
V = k3 T
para n y P constantes
Para 2 estados:
V1/T1= cte=V2/T2
A presión constante, una cierta
cantidad de gas ideal, aumenta el
volúmen en forma directamente
proporcional a la T.

LEY DE GAY-LUSSAC
Gay-Lussac (1802) P  T
A volumen constante, una cierta cantidad
de gas ideal, aumenta la presión en forma
directamente proporcional a la T.
P = k4 T
para n y V constantes
Para 2 estados:
P1/T1= cte=P2/T2

Combinación de las leyes de los gases:
Ecuación de los gases ideales.
 Ley de Boyle V  1/P
 Ley de Charles V  T
 Ley de Avogadro V  n
PV = nRT
V 
nT
P

Constante universal de los gases (R)
R =
PV
nT
= 0,082057 atm L mol-1 K-1
= 8.3145 m3 Pa mol-1 K-1
PV = nRT
= 8,3145 J mol-1 K-1
= 8,3145 m3 Pa mol-1 K-1

21
Ley generalizada de los gases ideales
P1 V1 = P2 V2
T1 T2
Para 2 estados diferentes se cumple:
Estado 1:
P1 V1 = nRT1
Estado 2:
P2 V2 = nRT2
P1 V1 = nR
T1
P2 V2 = nR
T2

LEY DEL GAS IDEAL
PV α T
PV α mT
V α m
P y T son constantes.
1 mol es aquel número de gramos de una sustancia numéricamente igual a la masa
molecular de la sustancia.
PV=nRT
Mn
m 
constante universal de los gases
Constante universal de los gases, R=8,314 J/mol.K = 0,08206 L.atm/mol.K
LEY DEL GAS IDEAL
M
m
n 
)
/
(
)
(
mol
gr
lar
masamolecu
gr
masa
n 

Ley del gas ideal en términos del número de moléculas:
El número de moléculas en un mol de cualquier sustancia pura se conoce como
Número de Avogadro. NA = 6,02 x 1023 moléculas/mol.
N =nNA
T
N
R
N
PV
A

Ley del gas ideal en términos de la constante de Boltzmann: la constante de
Boltzmann es k=1,38 x 10-23J/K. k =R/NA
NkT
PV 
RT
N
N
PV
A

nRT
PV 
T
N
R
N
PV
A


RT
PM


RT
P
V
n

nRT
PV 
V
nM
V
m



M
N
N
m
nM
m
A

 ;
A
N
N
n
M
m
n 
 ;
nRT
PV 

kT
EK 
3
2
De la teoría cinética de gases
molécula
N
nR
k 1
; 

Gas Monoatómico
NkT
v
m
N 








2
3
2 2
NkT
PV 
RT
N
N
PV
A

nRT
PV 
R
Nk
k
R
N
N
N
n
A




Así, para un gas monoatómico donde N=1:
nRT
K
E
2
3

ENERGÍA INTERNA
GAS
MONOATÁMICO
M
RT
m
kT
m
nRT
v 3
3
3 


RAÍZ CUADRÁTICA
MEDIA DE LA
VELOCIDAD
T
N
R
E
A
K
2
3

kT
EK
2
3

m
nRT
v
3
2

nRT
v
m
2
3
2
2


Distribución de la energía
molecular para dos
temperaturas diferentes.
Número de moléculas
sometidas a diferentes
presiones y a diferentes
temperaturas.

Q = cem(Tf – Ti)  Cantidad de calor recibido por un cuerpo. SOLO SE
USA SI LA SUSTANCIA NO CAMBÍA DE ESTADO.
El calor es una forma de energía y se mide en calorías 1kc = 1000 calorías = 4186
Joules.
Si Q (+) el cuerpo recibió calor; se calentó.
Si Q (-) el cuerpo entrego calor; se enfrió.
Qganado por el agua = - Qcedido por el hierro
Qganado + Qcedido = 0  Ecuación para calcular la tf.
CALOR DE FUSIÓN Y DE VAPORIZACIÓN:
Q = mL SOLO SE USA SI HAY CAMBIO DE ESTADO

Teoría Cinética: Materia en
términos de átomos en
continuo movimiento
aleatorio.
Las colisiones de las moléculas son
perfectamente elásticas tanto entre las
moléculas como con las paredes y el tiempo de
duración de las colisiones es mínimo con
relación a una colisión normal.
v
m
P



a
m
F



t
v
m
F





t
P
F






xi
xf v
m
v
m
P






i
f v
m
v
m
P






i
f P
P
P






x
ix v
v



x
fx v
v




x
x v
m
x
v
m
P







x
v
m
P


2


t
d
vx 
t
d
vx
2
 x
v
d
t
2

Para una molécula.

t
mv
F x


2

d
mv
F
x
2


d
mv
F
x
2
2 2


x
x
v
d
mv
F
2
2


t
P
F





Para N moléculas se tiene:
)
....
( 2
3
2
2
2
1
2
xN
x
x
x v
v
v
v
d
m
F 





N
v
v
v
v
v
xN
x
x
x
x
2
3
2
2
2
1
2
2 ....




N
v
d
m
F x
2


Como,
2
2
2
2
z
y
x v
v
v
v 


2
2
2
z
y
x v
v
v 

2
2
3 x
v
v 
3
2
v
N
d
m
F 


Sobre la pared del recipiente se ejerce una fuerza. El valor de tal fuerza F es igual al
producto de la presión ejercida por el gas por el área de la pared.
PA
F 

A
F
P


A
v
N
d
m
P 3
2

Ad
v
Nm
P
3
2

Ad
V
Ad
v
Nm
P 
 ;
3
1 2
V
v
Nm
P
2
3
1


3
2
v
Nm
PV 
N
K
E
PV
3
2

2
2
2
1
;
2
3
2
v
m
E
v
m
N
PV K 









ECUACIÓN DE ESTADO: Relación entre P,V,T, m del gas.
Condición física del sistema.
La Ecuación de Estado se trabaja para gases con Presión = 1 atm = 1,013 x 105 N/m2. y
que no están cerca del punto de ebullición. (Gases que no son demasiado densos).