UNIVERSIDAD NACIONALSANTIAGO ANTNEZ DE MAYOLOFACULTAD DE INGENIERA DE MINAS, GEOLOGA Y METALURGIA

INFORME DE LABORATORIO No 2 Termodinmica CONTA

ESCUELA ACADMICA:Ingeniera de Minas AO Y SEMESTRE ACADMICO:2014 ICICLO:IIIDOCENTE:Ing. TORRES YUPANQUI EdsonALUMNO:ANGELES DAZ Luis

HUARAZ PER2014

LEYES DE LA TERMODINMICA

1. OBJETIVOS

Como objetivo principal tenemos el alcanzar a comprender las leyes de la termodinmica cualitativamente mediante el desarrollo, construccin y prueba de un experimento simple que nos permita estudiarlo y comprenderlo.

2. FUNDAMENTO TERICO

La termodinmica estudia los intercambios de energa trmica entre sistemas y los fenmenos mecnicos y qumicos que implican tales intercambios. En particular, estudia los fenmenos en los que existe transformacin de energa mecnica en trmica o viceversa.Cuando la energa (mecnica, trmica, elctrica, etc.) se transforma de una forma a otra, siempre hay una cantidad que se convierte en calor.Calor significa energa en trnsito y dinmica se refiere al movimiento, por lo que en esencia, la termodinmica estudia la circulacin de la energa y cmo la energa infunde movimiento.

Leyes de la termodinmica:

Ley cero de la termodinmica

Tambin llamada ley de equilibrio trmico; debe entenderse como el estado en el cual los sistemas equilibrados tienen la misma temperatura.Este concepto fundamental, aun siendo ampliamente aceptado, no fue formulado hasta despus de haberse enunciado las otras tres leyes. De ah que recibe la posicin cero.

Postulados:Si dos sistemas estn por separado en equilibrio con un tercero, entonces tambin deben estar en equilibrio entre ellos.Si tres o ms sistemas estn en contacto trmico y todos juntos en equilibrio, entonces cualquier par est en equilibrio por separado.

Primera ley de la termodinmica

La ms importante de todas,tambin conocida comoprincipio de conservacin de la energa,sostiene que la energa no puede ser creada ni destruida, slo puede transformarse de un tipo de energa en otro.

Postulados:El trabajo necesario para cambiar el estado de un sistema aislado depende nicamente de los estados inicial y final, y es independiente del mtodo usado para realizar el cambioEn una transformacin adiabtica: E = W.Calor: cantidad de calor Q absorbido por un sistema es el cambio en su energa interna que no se debe al trabajo.La conservacin de energa ser: E = Q + W.

Segunda ley de la termodinmica

Esta ley sostiene que solamente se puede realizar un trabajo mediante el paso del calor de un cuerpo con mayor temperatura a uno que tiene menor temperatura. Al respecto, siempre se observa que el calor pasa espontneamente de los cuerpos calientes a los fros hasta quedar a la misma temperatura.

Tambin da una definicin precisa de una propiedad llamada entropa (fraccin de energa de un sistema que no es posible convertir en trabajo).Para entenderla, la entropa puede considerarse como una medida de lo prximo o no que se halla un sistema al equilibrio; tambin puede considerarse como una medida del desorden (espacial y trmico) del sistema.Pues bien, esta ley afirma que la entropa, el desorden, de un sistema aislado nunca puede decrecer. Por tanto, cuando un sistema aislado alcanza una configuracin de mxima entropa, ya no puede experimentar cambios: ha alcanzado el equilibrio.

Propiedades de la entropa (S):Los valores que toman las variables extensivas son los que maximizan S consistentes conlos parmetros externos,La entropa de un sistema compuesto es la suma de las entropas de sus subsistemas.

Terceraley de la termodinmica

Se afirma que el cero absoluto no puede alcanzarse por ningn procedimiento que conste de un nmero finito de pasos. Es posible acercarse indefinidamente al cero absoluto, pero nunca se puede llegar a el.

Es importante recordar que los principios o leyes de la termodinmica son slo generalizaciones estadsticas, vlidas siempre para los sistemas macroscpicos, pero inaplicables a nivel cuntico.Asimismo, cabe destacar que el primer principio, el de conservacin de la energa, es una de las ms slidas y universales de las leyes de la naturaleza descubiertas hasta ahora por la ciencia.

3. METRIALES Y REACTIVOS

Materiales utilizados:

Termmetro

Baso de precipitados

CalentadorCronmetro

Reactivos:

Hielo (con colorante)Agua destilada4. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

Experimento con agua fra a 10 C Previamente a realizar los pasos, tuvimos listos los cubos de hielo con un colorante o tinta. Preparamos un vaso de precipitado con agua fra a 10 C (agua helada). Tomamos la temperatura del agua para compararla luego con la temperatura final, introduciendo el termmetro en el agua.

Preparamos el cronmetro e introducir el primer cubo de hielo coloreado en el agua. A los pocos segundos se pueden ver los primeros rasgos de colorante, pero al minuto y medio se observan lneas de colorante en forma de flujo laminar descendiendo por un costado del vaso y el agua comienza a tomar color.

Experimento con agua tibia a 30 C

Realizamos el mismo procedimiento que el paso anterior. Al introducir el hielo, el colorante empieza a bajar casi instantneamente, pero esta vez en forma de flujo turbulento, llegar hasta el fondo del vaso y comenzar a difundirse por los laterales. Al minuto de iniciado el experimento, todo el vaso estar 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 todo el agua.

Experimento con agua en su punto de ebullicin

Como en los pasos anteriores, al introducir el hielo colorado en el agua hervida, el intercambio de calor es ms brusco, el colorante descender en forma de flujo turbulento por el costado del vaso y se difundir ms rpidamente. En este experimento el agua pierde ms calor que en el experimento 1 o 2. Por eso, la diferencia de temperatura es 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.

Comparando los 3 recipientes:

5. CALCULOS Y RESULTADOS

Experimento con agua fra a 10 C:

Aqu se puede establecer una relacin con la ley cero de la termodinmica cuando el agua (sistema A) establece contacto con el hielo (sistema B), ambos intentan llegar a un equilibrio termodinmico. A su vez, estos dos sistemas buscan el equilibrio termodinmico con un tercer sistema, el aire (sistema C), por lo que en algn momento los tres sistemas alcanzarn este equilibrio.Aqu tambin aparece la segunda ley de la termodinmica, el agua le transfiere calor al hielo, haciendo que la temperatura de este aumente provocando el cambio de estado.

Experimento con agua tibia a 30 C.

Experimento con agua en su punto de ebullicin:

6. CONCLUSIONES DEL EXPERIMENTO

De la ley cero de la termodinmica se observ que al ingresar el hielo en el agua, ambos sistemas intentaban llegar a un equilibrio termodinmico, no solo entre ellos, sino que tambin con un tercer sistema que era el aire. Eventualmente los tres sistemas alcanzaran el equilibrio termodinmico. El mejor ejemplo se vi en el primer paso, en el cual la temperatura del agua aument un poco debido a la temperatura del aire, cuando debera haber disminuido al brindarle calor al hielo,DePrimera ley de la termodinmica notamos que al poner el hielo en el agua, el agua cedi calor al hielo para poder alcanzar el equilibrio termodinmico, por lo tanto, la temperatura del agua baj; pero la cantidad de calor no cambi, sino que se distribuy.

Por la Segunda ley de la termodinmica.se puede ver claramente que el hielo recibe calor del agua, aumenta su temperatura y cambia a estado lquido. Aqu es cuando comienza a liberar colorante. Si tomamos a la entropa como el grado de desorden de las partculas de un sistema podemos ver un claro ejemplo de ella comparando los tres pasos. En el primer paso, el colorante no se diluy completamente; en el segundo, el colorante se diluy, pero no de forma inmediata; pero en el tercero, el colorante form una mezcla homognea de forma casi inmediata. Esto significa que la entropa fue mucho mayor en el ltimo caso que en los anteriores, ya que las partculas de colorante alcanzaron su grado mximo de desorden al diluirse por completo en el agua. En cambio en el primer paso las partculas permanecieron relativamente ms ordenadas al acumularse en el fondo. Aqu la entropa no alcanz su valor mximo.

Y de la Tercera ley de la termodinmica, para poder alcanzar una temperatura igual al cero absoluto se necesitara un sistema que tuviera una temperatura menor a este (segunda ley de la termodinmica), lo cual es imposible. Segn lo visto en el experimento, con las muestras obtenidas de la temperatura, se necesita mucha diferencia de temperatura para lograr reducirla notablemente en un sistema, y debe estar aislado del entorno (sistemas adiabticos). En este caso la masa inicial de agua tiene menor entropa que la masa final de agua, demostrando esta tercera ley de la termodinmica.

7. BIBLIOGRAFA

Las leyes de la termodinmica, GOBBI Alejandro Ivn, Instituto Nuestra Seora de Ftima, Archivo en PDF, de http://www2.ib.edu.ar/becaib/cd-ib/trabajos/Gobbi.pdf.

Repaso de Termodinmica, Archivo en PDF, de http://www.uam.es/personal_pdi/ciencias/jgr/fisest0506/RepasoTermo.pdf.

Nociones de termodinmica, pgina web, extrada de http://www.profesorenlinea.cl/fisica/termodinamNociones.htm.