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Física II Termoestática - AP15/C 
Ricardo Santiago Netto Página 1 de 3 
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TERMOESTATICA 
Campo de la física que describe y relaciona las propiedades físicas de sistemas macroscópicos de materia 
y energía. 
Un concepto esencial de la termodinámica es el de sistema macroscópico, que se define como un 
conjunto de materia que se puede aislar espacialmente y que coexiste con un entorno infinito e 
imperturbable. El estado de un sistema macroscópico en equilibrio puede describirse mediante propiedades 
medibles como la temperatura, la presión o el volumen, que se conocen como variables termodinámicas. Es 
posible identificar y relacionar entre sí muchas otras variables (como la densidad, el calor específico, la 
compresibilidad o el coeficiente de expansión térmica), con lo que se obtiene una descripción más completa 
de un sistema y de su relación con el entorno. 
Cuando un sistema macroscópico pasa de un estado de equilibrio a otro, se dice que tiene lugar un proceso 
termodinámico. Las leyes o principios de la termodinámica determinan la naturaleza y los límites de todos 
los procesos termodinámicos. 
Principio cero de la termodinámica 
El término de temperatura adolece de la imprecisión del lenguaje no matemático. El llamado principio cero 
de la termodinámica proporciona una definición precisa, aunque empírica, de la temperatura. 
Cuando dos sistemas están en equilibrio mutuo, 
comparten una determinada propiedad. Esta propiedad 
puede medirse, y se le puede asignar un valor numérico 
definido. El principio cero de la termodinámica afirma que 
si dos sistemas distintos (A y B) están en equilibrio 
termodinámico con un tercero (C en 1), también tienen 
que estar en equilibrio entre sí (2). Esta propiedad 
compartida en el equilibrio es la temperatura. 
Si uno de estos sistemas se pone en contacto con un 
entorno infinito situado a una determinada temperatura, el 
sistema acabará alcanzando el equilibrio termodinámico 
con su entorno, es decir, llegará a tener la misma 
temperatura que éste. (El llamado entorno infinito es una 
abstracción matemática denominada depósito térmico; en 
realidad basta con que el entorno sea grande en relación con el sistema estudiado). 
Temperatura 
El concepto de temperatura se deriva de la idea de medir el calor o frialdad relativos y de la observación de 
que el suministro de calor a un cuerpo conlleva un aumento de su temperatura mientras no se produzca la 
fusión o ebullición. En el caso de dos cuerpos con temperaturas diferentes, el calor fluye del más caliente al 
más frío hasta que sus temperaturas sean idénticas y se alcance el equilibrio térmico. Por tanto, los 
términos de temperatura y calor, aunque relacionados entre sí, se refieren a conceptos diferentes: la 
temperatura es una propiedad de un cuerpo y el calor es un flujo de energía entre dos cuerpos a 
diferentes temperaturas. 
Los cambios de temperatura tienen que medirse a partir de otros cambios en las propiedades de una 
sustancia. Por ejemplo, el termómetro de mercurio convencional mide la dilatación de una columna de 
mercurio en un capilar de vidrio, ya que el cambio de longitud de la columna está relacionado con el cambio 
de temperatura. Si se suministra calor a un gas ideal contenido en un recipiente de volumen constante, la 
presión aumenta, y el cambio de temperatura puede determinarse a partir del cambio en la presión según la 
ley de Gay-Lussac (ver gases ideales), siempre que la temperatura se exprese en la escala absoluta. 
La sensación de calor o frío al tocar una sustancia depende de su temperatura, de la capacidad de la 
sustancia para conducir el calor y de otros factores. Aunque, si se procede con cuidado, es posible 
comparar las temperaturas relativas de dos sustancias mediante el tacto, es imposible evaluar la magnitud 
absoluta de las temperaturas a partir de reacciones subjetivas. Cuando se aporta calor a una sustancia, no 
sólo se eleva su temperatura, con lo que proporciona una mayor sensación de calor, sino que se producen 
alteraciones en varias propiedades físicas que pueden medirse con precisión. 
Al variar la temperatura, las sustancias se dilatan o se contraen, su resistencia eléctrica cambia, y en el 
caso de un gas su presión varía. La variación de alguna de estas propiedades suele servir como base para 
Sistema 
C 
S
is
te
m
a 
A
 
S
is
te
m
a 
B
 
(1) 
Sistema 
C 
S
is
te
m
a 
A
 
S
is
te
m
a 
B
 
(2) 
Física II Termoestática - AP15/C 
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una escala numérica precisa de temperaturas. 
La temperatura se mide con dispositivos llamados termómetros. Un termómetro contiene una sustancia con 
estados fácilmente identificables y reproducibles, por ejemplo el agua pura y sus puntos de ebullición y 
congelación normales. Si se traza una escala graduada entre dos de estos estados, la temperatura de 
cualquier sistema puede determinarse poniéndolo en contacto térmico con el termómetro, siempre que el 
sistema sea grande en relación con el termómetro. 
Temperatura y energía cinética 
La temperatura depende de la energía cinética media de las moléculas de una sustancia; según la teoría 
cinética, la energía puede corresponder a movimientos rotacionales, vibracionales y traslacionales de las 
partículas de una sustancia. La temperatura, sin embargo, sólo depende del movimiento de traslación de las 
moléculas. En teoría, las moléculas de una sustancia no presentarían actividad traslacional alguna a la 
temperatura denominada cero absoluto. 
Escalas de temperatura 
Según la escala Fahrenheit, a la presión atmosférica normal, el punto de solidificación del agua es de 32 °F, 
y su punto de ebullición es de 212 °F. La escala centígrada o Celsius, asigna un valor de 0 °C al punto de 
congelación del agua y de 100 °C a su punto de ebullición. En ciencia, la escala más empleada es la escala 
absoluta o Kelvin. En esta escala, el cero absoluto, que está situado en -273,16 °C, corresponde a 0 K, y 
una diferencia de un kelvin equivale a una diferencia de un grado en la escala centígrada. El punto fijo 
patrón usado en termometría es el punto triple del agua, al que se le atribuye el número arbitrario 273,16 K. 
De forma que la temperatura del punto 
triple del agua es 0,01 °C. 
Otra escala que emplea el cero absoluto 
como punto más bajo es la escala 
Rankine (o la escala termodinámica 
internacional), en la que cada grado de 
temperatura equivale a un grado en la 
escala Fahrenheit. En la escala Rankine, 
el punto de congelación del agua 
equivale a 492 °R, y su punto de 
ebullición a 672 °R. 
TC = TK – 273,15 K 
TR = 9.TK/5 
TF = TR – 459,67 °R 
TF = 9.TC/5 + 32 °F 
Dilatación de sólidos (el material debe 
ser isotrópico) 
1. Dilatación Lineal (Sears 343) 
Δl = α.l1.Δto (1) 
Siendo: 
l1 : longitud inicial 
l2 : longitud final 
to1 : temperatura inicial 
to2 : temperatura final 
α : coeficiente de dilatación lineal 
l1 Δl
l2 
to2to1
K °F°R °C 
100373 212672 
32492 0 273
-109351 -78195
-298162 -183 90
-4600 -273 0 
100 K o °C 180 °R o °F
Punto de fución del 
hielo 
Pto. de vaporización 
del agua 
Punto de 
solidificación del CO2
Pto. de ebullición 
del O2 líquido 
Cero absoluto 
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2. Dilatación Superficial 
ΔS = 2.α.S1.Δto (2) 
Siendo: 
S1 : superficie inicial 
S2 : superficie final 
to1 : temperatura inicial 
to2 : temperatura final 
α: coeficiente de 
 dilatación lineal 
3. Dilatación volumétrica (Sears 344) 
ΔV ≅ 3.α.V1.Δt° 
Siendo: 
V1 : volumen inicial 
V2 : volumen final 
to1 : temperatura inicial 
to2 : temperatura final 
α : coeficiente de 
 dilatación lineal 
Dilatación volumétrica de líquidos 
ΔV = β.V1.Δt 
Siendo: 
V1 : volumen inicial 
β : coeficiente de dilatación volumétrica 
V2 : volumen final 
to1 : temperatura inicial 
to2 : temperatura final 
Efectos de la temperatura 
La temperatura desempeña un papel importante para determinar las condiciones desupervivencia de los 
seres vivos. Así, las aves y los mamíferos necesitan un rango muy limitado de temperatura corporal para 
poder sobrevivir, y tienen que estar protegidos de temperaturas extremas. Las especies acuáticas sólo 
pueden existir dentro de un estrecho rango de temperaturas del agua, diferente según las especies. Por 
ejemplo, un aumento de sólo unos grados en la temperatura de un río como resultado del calor desprendido 
por una central eléctrica puede provocar la contaminación del agua y matar a la mayoría de los peces 
originarios. 
Los cambios de temperatura también afectan de forma importante a las propiedades de todos los 
materiales. A temperaturas árticas, por ejemplo, el acero se vuelve quebradizo y se rompe fácilmente, y los 
líquidos se solidifican o se hacen muy viscosos, ofreciendo una elevada resistencia por rozamiento al flujo. 
A temperaturas próximas al cero absoluto, muchos materiales presentan características sorprendentemente 
diferentes. A temperaturas elevadas, los materiales sólidos se licúan o se convierten en gases; los 
compuestos químicos se separan en sus componentes. 
La temperatura de la atmósfera se ve muy influida tanto por las zonas de tierra como de mar. En enero, por 
ejemplo, las grandes masas de tierra del hemisferio norte están mucho más frías que los océanos de la 
misma latitud, y en julio la situación es la contraria. A bajas alturas, la temperatura del aire está determinada 
en gran medida por la temperatura de la superficie terrestre. Los cambios periódicos de temperatura se 
deben básicamente al calentamiento por la radiación del Sol de las zonas terrestres del planeta, que a su 
vez calientan el aire situado por encima. Como resultado de este fenómeno, la temperatura disminuye con 
la altura, desde un nivel de referencia de 15 °C en el nivel del mar (en latitudes templadas) hasta unos -
55 °C a 11.000 m aproximadamente. Por encima de esta altura, la temperatura permanece casi constante 
hasta unos 34.000 m. 
x1 
Δy 
y2 
y1 
Δx 
x2 
S1 
ΔS 
Δx 
Δz
y2 y1 
x2 
x1 
z1 
z2 
Δy
V2 
V1