Temperatura em emp pírica: Deducci ció ón de su ex exiistencia y definición 1.Deducción y definición teórica.
Pone Ponemo moss en cont contac acto to ambos mbos sis sistema temass media ediant ntee una una pare pared d diatér diatérma mana, na, de modo modo que tiene tiene lugar lugar una intera interacci cción ón cal caloríf orífica ica entre ellos.
La situ situaación ción fina finall de equi equili libr brio io que que adopt doptaa cada ada uno uno de los los sistemas corresponde al equilibrio al equilibrio térmico mutuo. Los estados de cada uno de los sistemas cuando se alcanza el equi equilib libri rio o térm térmic ico o mutu mutuo o no son son cual cuales esqu quie iera; ra; se encu encuen entr tran an mutuamente condicionados. condicionados. En el equilibrio térmico mutuo debe existir una relación una relación funcional entre las funciones de estado de ambos sistemas. sistemas . Esta relación se expresa como:
f(p1,v 1;p2 ,v ,v 2 2 )=0 Ahora echamos mano del principio cero de la termodinámica. Éste establece que dos sistemas están en equilibrio térmico entre sí si cada uno de ellos lo está a su vez con un tercero. Afir Afirme memo moss pues pues,, que que el Sist Sistem emaa 1 se encu encuen entr traa en equi equilb lbri rio o
térmico con el sistema 2 y con otro sistema 3. Podemos entonces escribir relaciones funcionales tal y como hicimos antes:
f(p1,v 1;p2 ,v 2 )=0 g(p1,v 1;p3,v 3 )=0 Despejamos p1 de ambos así:
p1= f*(v 1;p2 ,v 2 )=0 p1= g*(v 1;p3,v 3 )=0 De acuerdo con el principio cero, los sistemas 2 y 3 también se encuentran en equilibrio térmico. Existirá entonces una relación funcional como
h(p2 ,v 2; p3,v 3 )=0 Al comparar las expresiones (A) y (B) para los sistemas 2 y 3 se pueden sacar algunas conclusiones: 1) La variable v1 es ajena a los sistemas comparados por lo que se puede eliminar de las expresiones en (A). 2) La forma funcional que liga a variables de dos estados en equiibrio ha de poder descomponerse en funciones independientes de las variables de cada sistema: h(p2 ,v 2 ;p3,v 3 )= f *(p2 ,v 2 ) = g *(p3,v 3 )=0 A esta propiedad de cada sistema que se iguala en sistemas que se encuentran en equilibrio térmico la conocemos como TEMPERATURA EMPÍRICA. La simbolizamos con la letra θ. Podemos escribir que para cualquier sistema en equilibrio
θ=f(p,v) E sto indica que existe una relación entre las magnitudes mecánicas de equilibrio y la nueva función. Lamentablemente, esta definición así obtenida de la temperatura empírica presenta inconvenientes: la forma funcional de f es desconocida, no sirve para medir la temperatura de forma universal. En el caso general de encontrarnos ante un sistema cualquiera, tendriamos dos elementos desconocidos: el valor de θ y la forma funcional de f (sólo sabemos que existe una función llamada temperatura que toma valores iguales en sistemas que están en equilibrio térmico, eso es todo). Teniendo esto en cuenta, se prefiere establecer la temperatura empírica de un modo totalmente experimental (como una variable independiente). Veamos cómo.
2.Establecimiento temperatura empírica con enfoque experimental. Se tiene en cuenta lo siguiente: 1) La expresión (C) muestra que la temperatura empírica θ es una función de las variables p y v. La relación entre estas variables dependerá de la sustancia empleada para la medición de la temperatura. Por lo tanto θ depende de la sustancia que utilicemos para su definición y medida. A la sustancia empleada para la definición y medida de la propiedad θ se le denomina “sustancia termométrica”. La igualdad de θ entre sistemas que se encuentran en equilibrio térmico y la transitividad de éste aseguran la existencia de un comparador de temperaturas universal llamado termómetro. 2) Una vez establecidad la temperatura como variable básica, la ecuación (C) ya no es la defición de θ. Ahora es una expresión que relaciona la temperatura empírica θ y las variables mecánicas p y v. 3) En todo sistema donde se defina la temperatura, existirá
una ecuación como (C) que proporciona la relación entre las variables del sistema y que contiene toda la información termodinámica del equilibrio.
3. Conclusión. Se ha establecido que la temperatura empírica es una variable independiente que se introduce en física como una magnitud fundamental, es decir, mediante una técnica universal de medida. El establecimiento depurado de esta técnica de medida dio lugar a una rama de la termodinámica que se conoce como termometría.
FUENTE: Información obtenida de:
Libro: Termo I: Un estudio de los sistemas termodinámicos. Manuel Zamora Carranza. Universidad de Sevilla, 1998.
Escalas de medida de temperatura: Celsius, Gas Ideal (Kelvin) y Absoluta: Breve video explicativo: Parte 1 https://www.youtube.com/watch?v=qhMjP6gjZ_M Parte 2 https://www.youtube.com/watch?v=tSArqHVKqlM Parte 3 https://www.youtube.com/watch?v=mYj8xXLDa08
