Fundamentos de Termodinámica: Calor, Temperatura y Leyes de los Gases

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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

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