Fundamentos de Termodinámica: Calor, Temperatura y Leyes de los Gases
Calor y Temperatura
- Calor: Es la energía que se manifiesta con un aumento de temperatura, originada por el movimiento vibratorio de los átomos y moléculas que forman un cuerpo.
- Temperatura: Es el promedio de energía de los movimientos de una partícula que duplica su grado de libertad.
Escalas de Temperatura
Escalas Relativas (Referencia: Agua)
- 0° C: Punto de transición de estado líquido a sólido.
- 100° C: Punto de transición de estado líquido a gaseoso.
Escalas Absolutas (Referencia: Alcohol)
- -65° C
- Cero absoluto: Equivale a -273° C.
Conversión de Temperatura
Celsius y Kelvin
- De Celsius a Kelvin: °K = °C + 273
- De Kelvin a Celsius: °C = °K - 273
Celsius y Fahrenheit
- De Celsius a Fahrenheit: °F = (1.8) * (°C) + 32
- De Fahrenheit a Celsius: °C = (°F - 32) / 1.8
Dilatación Térmica
Dilatación Lineal (Longitud)
Lf = Lo [ 1 + α (Tf - To) ]
Dilatación Superficial (Área)
Af = Ao [ 1 + γ (Tf - To) ]
Dilatación Cúbica o Volumétrica (Volumen)
Vf = Vo [ 1 + β (Tf - To) ]
Notas sobre Coeficientes:
- Si se da el coeficiente de longitud y se pide el de área, se multiplica x2.
- Si se da el coeficiente de longitud y se pide el de volumen, se multiplica x3.
Termología
Calor Latente
Es el calor que absorbe cierta sustancia cuando se funde o se evapora.
f = Q / m
- f: Calor latente de fusión.
- Q: Calor suministrado (expresado en calorías).
- m: Masa de la sustancia (expresada en gramos).
Cálculo de Calor y Cambios de Estado
- Q1 = m * Ce * ΔT: Indica un cambio de temperatura.
- Q2 = m * Lf: Indica un cambio de fase.
Proceso de Hielo a Agua:
- Q1 = (x gramos) * (0.5 cal/g) * (x °C)
- Q2 = (x gramos) * (80 cal/g)
Proceso de Agua a Vapor (hasta 100°C):
- Q3 = (x gramos) * (1 cal/g) * (100 °C)
- Q4 = (x gramos) * (540 cal/g)
Elevación a temperaturas superiores a 100°C:
- Q5 = (x gramos) * (0.48 cal/g) * (grados que faltan para la temperatura final)
Leyes de los Gases Ideales
Ley de Gay-Lussac
A volumen constante, la presión es directamente proporcional a la temperatura. Se aplica en contextos de presión manométrica o absoluta.
- P1 = (T1 * P2) / T2
- P2 = (P1 * T2) / T1
- T1 = (P1 * T2) / P2
- T2 = (T1 * P2) / P1
Ley de Charles
A presión constante, el aumento de temperatura es inherente al volumen. Se utiliza cuando la presión permanece constante.
Nota: Siempre convertir a Kelvin: °K = °C + 273
- T1 = (V1 * T2) / V2
- T2 = (V2 * T1) / V1
- V1 = (V2 * T1) / T2
- V2 = (V1 * T2) / T1
Ley de Boyle-Mariotte
Relación entre presión y volumen (comúnmente expresada en atmósferas). El texto indica que a mayor volumen, mayor presión.
- P1 = (P2 * V2) / V1
- P2 = (P1 * V1) / V2
- V1 = (P2 * V2) / P1
- V2 = (P1 * V1) / P2