Física/Estructura de la materia/Movimiento molecular. Temperatura. Energía interna 1

Física/Estructura de la materia/Movimientomolecular. Temperatura. Energía interna

Movimiento molecularLas moléculas interaccionan entre sí en grados muy diferentes, que van desde el movimiento libre sin interacción avibraciones entorno a una posición de equilibrio. Podemos realizar las siguientes correlaciones entre el movimiento ylos estados en que se encuentre la materia.•• Estado gaseoso. Interacción débil, moviento de las moléculas casí independiente entre sí.•• Estado líquido. Interacción media, pero sin ningún tipo de ligadura de la molécula a una posición espacial

concreta.•• Estado sólido. Interacción fuerte. Las moléculas sólo se desplazan entorno a una posición de equilibrio.

Energía internaEn un sistema de moléculas podemos separar la energía cinética entre la energía cinética del centro de masas y la delmovimiento relativo. La primera es perceptible y medible macroscópicamente, pero la segunda no, permaneceoculta, pero no desaparece. A este tipo de energía no medible macrocópicamente de forma directa, mediante mediosmecánicos, la denominamos energía interna del sistema.

Temperatura

Consideraciones iniciales

Aunque la energía interna no se detecte mediante medios mecánicos directos, tiene efectos macroscópicosdetectables. En particular, la experiencia muestra que la energía interna puede transmitirse de un cuerpo a otro, yaque si un cuerpo frío se situa junto a otro caliente, el primero se calienta y el segundo se enfría.Cuando entre dos cuerpos en contacto térmico no se produzca transferencia de calor, diremos que están en equilibriotérmico. Un principio físico fundamental conocido como ley cero de la Termodinámica enuncia que si un cuerpo Aestá en equilibrio térmico con otro B que a su vez lo está con C, entonces A está también en equilibrio térmico conC. Este principio permite introducir el concepto de temperatura (T), que caracteriza la capacidad de un cuerpo detransmitir, espontáneamente, calor a otro. Supongamos dos cuerpos A y B en contacto térmico, entonces lasrelaciones entre las temperaturas de ambos tienen las siguientes posibilidades:• A transfiere calor a B, • No hay transferencia de calor, • A recibe calor de B, La temperatura es una magnitud que no depende del cuerpo concreto, es una magnitud bien definida.

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Demostración de la existencia de la temperatura empírica de un sistema en base a la ley cero

Para dos sistemas en equilibrio termodinámico ( ) representados por sus respectivas coordenadastermodinámicas (X1,Y1) y (X2,Y2) tenemos que dichas coordenadas no son función del tiempo, por lo tanto esposible hallar una función que relacione dichas coordenadas, es decir:

Sean tres sistemas hidrostáticos, A,B,C, representados por sus respectivas termodinámicas: (Pa,Va),(Pb,Vb),(Pc,Vc). Si A y C están en equilibrio debe existir una función tal que:

Es decir:

Donde las funciones y dependen de la naturaleza de los fluidos.Análogamente, para el equilibrio de los fluidos B y C:

Es decir:

Con las mismas consideraciones que las funciones y dependen de la naturaleza de los fluidos.La condición dada por la ley cero de la termodinámica de que el equilibrio térmico de A con C y de B con Cimplica asimismo el quilibrio de A y B puede expresarse matemáticamente como:

Lo nos conduce a la siguiente expresión:

Entonces, llegamos a la conclusión de que las funciones y deben ser de naturaleza tal que se permita laeliminación de la variable termodinámica comón . Una posibilidad, que puede demostrarse única, es:

Asimismo:

Una vez canceladas todas las partes que contienen a podemos escribir:

Mediante una simple repetición del argumento, tenemos que:

Y así sucesivamente para cualquier número de sistemas en equilibrio termodinámico.Henos demostrado que para todos los sistemas que se hallen en equilibrio termodinámico entre si, existen sendasfunciones cuyos valores numéricos son iguales para cada uno de dichos sistemas en equlibrio. Este valor numéricopuede ser representado con la letra griega θ y será definido como la temperatura empírica de los sistemas enequilibrio termodinámico.Así, tenemos que todo equilibrio termodinámico entre dos sistemas es equivalente a un equilibrio térmico de losmismos, es decir, a una igualdad de temperaturas empíricas de estos.

Fuentes y contribuyentes del artículo 3

Fuentes y contribuyentes del artículoFísica/Estructura de la materia/Movimiento molecular. Temperatura. Energía interna  Fuente: http://es.wikibooks.org/w/index.php?oldid=220667  Contribuyentes: Alan, Cvmontuy,Estelamargentina12, MarcoAurelio, Migp, Oleinad, Spacebirdy, Wutsje, 17 ediciones anónimas

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