271377494 Termoquimica Inf 03 Demostracion de Las Leyes de La Termodinamica PDF
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UNIVERSIDAD NACIONAL SANTIAGO ANTÚNEZ DE MAYOLO FACULTAD DE INGENIERÍA DE MINAS, GEOLOGÍA Y 1 INFORME DE LABORATORIO Nº 03 “DEMOSTRACION DE LAS LEYES DE LA TERMODINAMICA” I. OBJETIVOS Como objetivo principal tenemos el alcanzar a comprender las leyes de la termodinámica cualitativamente mediante el desarrollo, construcción y prueba de un experimento simple que nos permita estudiarlo y comprenderlo. II. FUNDAMENTO TEÓRICO En el presente experimento se desarrollará y explicaran las cuatro principales leyes de la termodinámica, mediante una serie de demostraciones y experimentos sencillos realizados en el laboratorio utilizando elementos accesibles y procedimientos simples. Las leyes de la termodinámica que se desarrollarán serán: - Ley cero de la termodinámica o principio del equilibrio termodinámico - Primera ley de la termodinámica o principio de la conservación de la energía - Segunda ley de la termodinámica - Tercera ley de la termodinámica Para poder entender y realizar el experimento se debe hacer una introducción a las leyes de la termodinámica. La termodinámica estudia la energía y su transformación entre sus distintas manifestaciones
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UNIVERSIDAD NACIONAL SANTIAGO ANTÚNEZ DE MAYOLOFACULTAD DE INGENIERÍA DE MINAS, GEOLOGÍA Y METALURGIA
INGENIERÍA DE MINAS
1
INFORME DE LABORATORIO Nº 03 “DEMOSTRACION DE LAS LEYES DE LA TERMODINAMICA”
I. OBJETIVOS Como objetivo principal tenemos el alcanzar a comprender las leyes
de la termodinámica cualitativamente mediante el desarrollo,
construcción y prueba de un experimento simple que nos permita
estudiarlo y comprenderlo.
II. FUNDAMENTO TEÓRICOEn el presente experimento se desarrollará y explicaran las cuatro
principales leyes de la termodinámica, mediante una serie de
demostraciones y experimentos sencillos realizados en el laboratorio
utilizando elementos accesibles y procedimientos simples.
Las leyes de la termodinámica que se desarrollarán serán:
- Ley cero de la termodinámica o principio del equilibrio termodinámico
- Primera ley de la termodinámica o principio de la conservación de la
energía
- Segunda ley de la termodinámica
- Tercera ley de la termodinámica
Para poder entender y realizar el experimento se debe hacer una
introducción a las leyes de la termodinámica.
La termodinámica estudia la energía y su transformación entre sus
distintas manifestaciones como el calor y su capacidad para producir un
trabajo.
La ley cero de la termodinámica establece que si dos sistemas A y B
están en equilibrio termodinámico y B esta a su vez en equilibrio
termodinámico con un tercer sistema C, entonces A y C se encuentran
en equilibrio termodinámico. Este principio fundamental se enuncio
formalmente luego de haberse enunciado las otras tres leyes de la
termodinámica, por eso se la lamo “ley cero”.
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La primera ley de la termodinámica, también conocida como la ley de
la conservación de la energía enuncia que la energía es indestructible,
siempre que desaparece una clase de energía aparece otra (JULIUS
VON MAYER). Más específicamente, la primera ley de la termodinámica
establece que al variar la energía interna en un sistema cerrado se
produce calor y trabajo. “la energía no se pierde, sino que se
transforma”.
La segunda ley de la termodinámica indica la dirección en que s e
llevan a cabo las transformaciones energéticas. El flujo espontaneo de
calor siempre es unidireccional, desde los cuerpos de temperatura más
alta a aquellos de temperatura más baja. En esta ley aparece el
concepto de entropía, la cual s e define como la magnitud física que mi
de la arte de la energía que no puede utilizarse para producir un trabajo.
Esto es más fácil de entender con un ejemplo de una maquina
térmica; donde una fuente de calor es usada para calentar una
sustancia de trabajo (vapor de agua), provocando la expansión de la
misma colocada dentro de un pistón y por un mecanismo a través de
una válvula. La expansión mueve el pistón y por un mecanismo de
acoplamiento adecuado, se obtiene trabajo mecánico. El trabajo se da
por la diferencia entre el calor final y el inicial. Es imposible la existencia
de una maquina térmica que extraiga calor de una fuente y lo convierta
totalmente en trabajo, sin enviar nada a la fuente fría.
La entropía de un sistema es también el grado de desorden del mismo.
La segunda ley establece que en los procesos espontáneos la entropía a
la larga tiende a aumentar. Los sistemas ordenados se desordenan
espontáneamente, si se quiere restituir el orden original hay que realizar
un trabajo sobre el sistema
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III. MATERIALES Y REACTIVOS- vaso de precipitado de 1L. - Agua fría y caliente.
- Termómetro de -10°C a110°C. - Hielo.
- Cronometro. - Colorante artificial o tinta
- Termostato o equipo de baño maría. - Hielo coloreado.
- Congelador o refrigerador.
IV. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL 4.1.-Experimento con agua fría a 10º C
Previamente a realizar los pasos, tuvimos listos los cubos de hielo
con un colorante o tinta.
Preparar un vaso de precipitado con agua fría a 10°C (agua
helada) para la primera parte del experimento. Tomar la
temperatura para compararla luego con la temperatura final
introduciendo el termómetro en el agua.
Preparar el cronometro e introducir el primer cubo de hielo colorado
en el agua. A los pocos segundos se pueden ver los primeros
rasgos de colorante poro al minuto y medio se observa líneas de
colorante en forma de flujo laminar descendiendo por un costado del
vaso y el agua comienza a tomar color.
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Medir el tiempo que tarda el hielo coloreado a disolverse y observe
el colorante en el agua, medir la temperatura final del experimento y
la temperatura ambiente.
4.2.- Experimento con agua tibia a 30º C Realizar el mismo procedimiento que el paso anterior. Al introducir
el hielo coloreado empieza a bajar casi instantáneamente, pero esta
vez en forma de flujo turbulento, llegara hasta el fondo del vaso y
comenzará a difundirse por los laterales. Al minuto de iniciado el
experimento todo el vaso estará coloreado y se puede ver el
colorante bajando velozmente por la diferencia de temperaturas.
Medir la temperatura final del experimento y el tiempo final que
tarda en disolverse el hielo coloreado y el color en toda el agua.
4.3.- Experimento con agua en su punto de ebullición Realizar el mismo procedimiento que el primero. Al introducir el hielo
coloreado en el agua hervida, el intercambio de calor es más
brusco, el colorante descenderá en forma de flujo turbulento por el
costado del vaso y se difundirá más rápidamente. En este
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experimento el
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agua pierde más calor que en el experimento 1 o 2, por esto, la
diferencia de temperatura en mayor entre la temperatura inicial y
final.
Medir la temperatura final del experimento y el tiempo en que el
hielo coloreado se disuelve y ver el colorante difundido
uniformemente en todo el vaso.
Comparación de las tres temperaturas
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V. CONCLUSIONESDel experimento realizado se puede concluir:
Ley cero de la termodinámica: se pudo ver que al ingresar el hielo en
el agua ambos sistemas intentaban llegar a un equilibrio
termodinámico, no solo entre ellos, sino también con un tercer
sistema que era el aire. Eventualmente los tres sistemas alcanzarían
el equilibrio termodinámico. El mejor ejemplo se ve en el primer paso,
en el cual la temperatura del agua aumento un poco debido a la
temperatura del aire, cuando debería haber disminuido al brindarle
calor al hielo.
Primera ley de la termodinámica: al poner l hielo en el agua, este
cedió calor al hielo para poder alcanzar el equilibrio termodinámico,
por lo tanto, la temperatura del agua bajo pero la cantidad de calor
no cambio, sino que se distribuyó.
Segunda ley de la termodinámica: se puede ver claramente que el
hielo recibe el calor del agua, aumente su temperatura y cambia al
estado líquido. Aquí es cuando comienza a liberar colorante. Si
tomamos a la entropía como el grado del desorden de las partículas
de un sistema, podemos ver un claro ejemplo de ella comparando
los tres pasos. En el primer paso el colorante no se distribuye
completamente, en el segundo el colorante se diluyo, pero no de
forma inmediata; pero en el tercero formo una mezcla homogénea de
forma casi inmediata. Esto significa que la entropía fue mucho mayor
en el último caso que en los anteriores.
Esta ley se puede aplicar a las maquinas térmicas, las cuales tienen
mayor rendimiento y producen un trabajo mayor si la diferencia entre
la temperatura delo sistema 1 y la del sistema 2 es superior. Para
esto las maquinas térmicas utilizan radiadores, que bajan la
temperatura del sistema 2, para que así, el intercambio de calor sea
mayor. Estos
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radiadores son necesarios, sino la entropía aumenta tanto, que el
intercambio calorífico no es efectivo.
Tercera ley de la termodinámica: para poder alcanzar una
temperatura igual al coro absoluto, se necesita un sistema que
tuviera una temperatura menor a esta (segunda ley de la
termodinámica) lo cual es imposible. Según lo visto en el
experimento, con las muestras obtenidas de temperatura, se necesita
mucha diferencia de temperatura para lograr reducirla notablemente
en un sistema y debe estar aislado del entorno (sistema adiabático).
En este caso, la masa inicial de agua tiene menor entropía que le
masa final del agua, demostrando esta tercera ley de la
termodinámica.
VI. RECOMENDACIONES Se recomienda calibrar la balanza analítica antes de usar.
Por otra la mezcla de agua fría y agua hervida se deber rápida para
así poder evitar la pérdida de calor.
Tenga los materiales, equipos y el área de trabajo siempre limpios.
Para la correcta medición de los valores calculados,(para ser más
precisos) debemos tomar en cuenta las correcciones de cada
material usado, se debe usar su corrección especificado en dicho
instrumento.
VII. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Gaston Pons Musso – FISICOQUIMICA 2008.
Frederick Lohgo – QUIMICA GENERAL
Harry B. Gray – PRINCIPIOS BASICOS DE LA QUIMICA.
Castellan G. “Fisicoquímica” 2da. Edición. Ed. Fondo Educativo
Interamericano, EEUU, 1987, pág: 106, 144. 312-313;324,337
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VIII. ANEXOS
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