medir la temperatura. escalas

Definiremos sistema como una parte o región restringida del espacio-tiempo, constituida por materia y/o campos interactuantes, y definiremos también ambiente como la región del exterior del sistema que pueda influir de algún modo sobre su comportamiento.

La descripción de un sistema puede hacerse a gran escala, esto es, mediante magnitudes globales y medibles empíricamente, con muy pocas coordenadas, que denominaremos descripción macroscópica, o bien, puede describirse un sistema mediante hipótesis sobre la estructura material del mismo, utilizando en general magnitudes no medibles empíricamente ni sugeridas por nuestros sentidos y usando para ello un gran número de coordenadas. Este segundo tipo de descripción se denomina descripción microscópica del sistema.

Cuando se estudia macroscópicamente un sistema podemos hacerlo desde sus aspectos externos tales como posición, velocidad, posición del centro de masa, energía potencial, energía cinética, energía total o mecánica, etc., todo con respecto a un sistema de ejes coordenados. Son estas magnitudes las que se miden con lo que llamaremos coordenadas mecánicas. Sus relaciones constituyen la Mecánica.

Pero el estudio macroscópico o microscópico de un sistema puede hacerse desde sus aspectos internos, es decir, se puede dirigir el estudio hacia el interior del sistema, como su energía interna, la presión interna de un gas, la vaporización, etc. Las magnitudes internas se miden con las coordenadas termodinámicas. Sus relaciones constituyen la Termodinámica.

1.2. COORDENADAS INDEPENDIENTES

Una coordenada es independiente de otra si sus valores no dependen de esa otra. Así, si en un sistema termodinámico, un gas por ejemplo, varía el volumen en una determinada escala de valores, aún manteniendo la presión constante, se indica con ello que la presión y el volumen son coordenadas termodinámicas independientes.

Si son las coordenadas termodinámicas independientes que describen un sistema, indicaremos cada uno de sus estados por un conjunto de valores de dichas coordenadas:

Estado A:

Estado B:

... ... ... ... ... ...

Si consideramos, por simplificar, que el número de coordenadas independientes es solamente de dos, los estados A, B, .... que atraviesa en su evolución un sistema S dado son descritos por pares de coordenadas que pueden representarse gráficamente en un sistema de ejes coordenados X1X2.

1.3. EQUILIBRIO

Un sistema termodinámico de coordenadas independientes (xo,yo) se dice en estado de equilibrio si los valores de dichas coordenadas en ese estado permanecen constantes en el tiempo mientras no sean modificadas las condiciones del ambiente.

En general, el estado de equilibrio de un sistema puede ser alterado por la interacción de otros sistemas ambientales, influyendo en esa alteración tanto la proximidad de dichos sistemas como las paredes de separación.

Las paredes de separación entre sistemas pueden clasificarse en dos tipos extremos: paredes adiabáticas y paredes diatermanas.

Una pared situada entre los sistemas A y B se dice adiabática si los estados (xA,yA) del sistema A y (xB,yB) del sistema B coexisten en equilibrio para valores diferentes de dichas coordenadas. Esto es, si no hay influencia ambiental de un sistema sobre el otro a través de la pared de separación.

En cambio, una pared situada entre los dos sistemas A y B se dice que es diatermana si los estados (xA,yA) del sistema A y (xB,yB) del sistema B cambian espontáneamente hasta que se consigue un estado de equilibrio del sistema global constituido por los sistemas A y B con coordenadas (xA+B,yA+B). Se dice, llegado a ese estado global de equilibrio, que ambos sistemas se encuentra en equilibrio térmico.

En definitiva, se puede definir el equilibrio térmico como el estado al que llegan las coordenadas termodinámicas de dos o más sistemas cuando han estado comunicados mediante paredes diatermanas.

También se puede decir que dos sistemas se encuentran en equilibrio térmico si al comunicarlos mediante una pared diatermana el sistema en conjunto está en equilibrio.

Es inmediato el siguiente enunciado, que se ha dado en llamar Principio Cero de la Termodinámica:

Dos sistemas en equilibrio térmico con un tercero están en equilibrio térmico entre sí.




2. TEMPERATURA:
2.1. ISOTERMAS

Dado un sistema S descrito por dos coordenadas independientes X₁X₂, se denomina isoterma al conjunto de los estados que se encuentran en equilibrio térmico con un estado fijo de otro sistema, y que, por el principio cero de la termodinámica, se encuentran en equilibrio térmico entre sí.

Se comprueba que la representación gráfica de una isoterma en el plano X₁X₂ es una curva continua.

La magnitud que le hacemos corresponder a todos los estados de una misma isoterma se denomina temperatura. La temperatura resulta ser, por consiguiente, una propiedad que determina sin en un cierto estado A=(x_A1, x_A2) un sistema S se encuentra en equilibrio térmico con otro estado H=(x_H1, x_H2) de otro sistema T. El sistema T se denomina termómetro y su utilidad evidente es la de determinar la temperatura del sistema S en el estado A=(x_A1, x_A2) por comparación con el valor de la temperatura que le asignemos al estado H=(x_H1, x_H2) del termómetro.