Consultar ensayos de calidad


Informe sobre termodinámica - hipótesis, experimento



Integrantes

Índice
Introducción

Objetivos generales

Objetivos específicos

Marco teórico

Hipótesis

Experimento I

Experimento II

Experimento III

Experimento IV

Leyes de la termodinámica

Introducción

En este informe examinaremos distintos conceptos a través de prácticas actividades teóricamente fundamentadas asociadas a la termodinámica. En este trabajo se representarán los resultados que se obtengan de las experiencias distintas junto con sus respectivos análisis, además conoceremos distintos conceptos vinculados con la materia, como se comportan y componen éstos.

Objetivo general

Reconocer, entender y a través de la experimentación vincular los conceptos distintos aprendidos en el experimento teórico para poder comprender de manera más detallada en qué consiste la termodinámica.



Objetivos específicos

* Experimento I: Comprender, comprobar y analizar porque ciertos materiales son predispuestos a una conducción más grande del calor y absorción de éste.
* Experimento II: Entender, dejar enclaro y comprender los conceptos de presión y trabajo.
* Experimento IV: Entender el concepto de calor específico y capacidad calorífica vinculándolos al funcionamiento del calorímetro, conocer qué es un calorímetro.

Marco teórico.

Conducción: Es un fenómeno en donde las moléculas cuando están en contacto con una fuente calórica aumentan su energía cinética, incrementando la frecuencia de choques con las moléculas vecinas, que cada vez van obteniendo más energía. Se puede observar un ejemplo de este fenómeno si se coloca una cuchara en el interior de una taza con un café caliente dentro, luego de unos minutos, la parte que no estaba dentro del café también esta considerablemente caliente.
La conductibilidad de los cuerpos está dependiendo de su cohesión molecular. Los mejores conductores son la plata, oro y cobre (metales).
Trabajo: Es el producto escalar de la fuerza aplicada sobre un cuerpo y la distancia que es recorrida por dicho cuerpo, como resultado de esta fuerza: W=f x d
Aquí f es la fuerza aplicada sobre el cuerpo y d la distancia que recorre.

Presión: La presión es la magnitud que relaciona la fuerza con la superficie sobre la que actúa, es decir, equivale a la fuerza que actúa sobre la unidad de superficie. Cuando sobre una superficie plana de área A se aplica una fuerza normal F de manera uniforme, la presión P viene dada por: P= F/A



Calorímetro: El calorímetro es un instrumento que sirve para medir las cantidades de calorsuministradas o recibidas por los cuerpos. Es decir, sirve para determinar el calor específico de un cuerpo, así como para medir las cantidades de calor que liberan o absorben los cuerpos.

Capacidad calórica: La capacidad calorífica de un cuerpo es el cociente entre la cantidad de energía calorífica transferida a un cuerpo o sistema en un proceso cualquiera y el cambio de temperatura que experimenta. En una forma menos formal es la energía necesaria para aumentar 1 K la temperatura de una determinada cantidad de una sustancia, (usando el S.I). Indica la mayor o menor dificultad que presenta dicho cuerpo para experimentar cambios de temperatura bajo el suministro de calor. Puede interpretarse como una medida de inercia térmica. Es una propiedad extensiva, ya que su magnitud depende, no solo de la sustancia, sino también de la cantidad de materia del cuerpo o sistema; por ello, es característica de un cuerpo o sistema particular.
La capacidad calorífica viene dada por:

Calor específico: El calor específico es una magnitud física que se define como la cantidad de calor que hay que suministrar a la unidad de masa de una sustancia o sistema termodinámico para elevar su temperatura en una unidad (kelvin o grado Celsius). En general, el valor del calor específico depende de dicha temperatura inicial. Se le representa con la letra c. Su formula es:
c=C/M
Se deduce por las dos formulas:
Hipótesis:
* Experimento I: Al someter cuerpos de mayorcomplejidad al calor, estos demoran más en absorberla porque tienes más componentes y moléculas de diferentes tipos, en cambio para un cuerpo de menos complejidad es mas ya que hay menos moléculas diferentes en las cuales deba actuar el calor para poder elevar su temperatura.
* Experimento II: Al tener el objeto con más masa éste podría ejercer más presión sobre el volumen de gas que se contiene en la jeringa.
* Experimento III: En un principio pensamos que solamente se calentaría la jeringa, se empañaría, el agua se enfriaría, por tanto, la jeringa la soltaría quedaría florando sin cambios en este.
* Experimento IV: Nosotros pensamos que quizás la capacidad calorífica del calorímetro no sea tan alta ya que el plumavit no es demasiado grueso y cuando calculamos la capacidad calorífica del calorímetro está involucrada la masa del aparato.

Experimento I
Primera parte
Materiales | Procedimiento experimental |
-H2O-Trozo de madera-$100 | 1) Colocar en la mano 2 ml de H2O y cerrar el puño 2) En la otra mano realizar lo mismo pero con la moneda de $100 3) Repetir el procedimiento con el trozo de madera. |

Segunda Parte
Materiales | Procedimiento experimental |
-Agua-Vaso de precipitado-Mechero-Leche-Termómetro | 1) Medir 100 ml de agua y 100 ml de leche. 2) Depositar la leche en el vaso de precipitado y tomar su °t inicial. 3) Encender el mechero y colocar el vaso de precipitado con la leche dentro 4) Tomar el tiempo de estado deebullición, hacer lo mismo con el agua. |

Resultados experimento I

a–s Parte I

• Resultados Madera
Tiempos que demora en subir st | Solo 15 seg. |
Cantidad | Un trozo |

• Resultados H2O
Tiempos que demora en subir st | Solo 10 seg. |
Cantidad | 2 ml. |

• Resultado Moneda
Tiempos que demora en subir st | Solo 25 seg. |
Cantidad | 1 moneda |

Cual cuesta mas que suba su st | Moneda |

a–sParte II

• Resultados H2O
Cantidad | Solo 100 ml |
| 4sC |
Tiempo que demora en ebullir | 1 min. 32 seg. |

• Resultados Leche
Cantidad | Solo 100 ml |
| 4sC |
Tiempo que demora en ebullir | 2 min. |

sEn cuál sube menos la st? | En la Leche |
sEn cuál sube mas la st? | En el Agua |

a–s Análisis de resultados
• Parte I: En el caso de los objetos como la madera, H2O (20 ml) y moneda de $100 se puede observar que la que más costo que elevara su st es la moneda de $100, esto se debe a que es un cuerpo con mayor densidad, por lo tanto hay más moléculas que activar para que eleven en un grado su st, ya que es un cuerpo en relación a los otros mas sólidos.

• Parte II: En el caso del agua y de la leche ocurre algo similar con respecto al primer experimento, ya que al ser el agua un compuesto a base de solo una molécula (H2O) es más fácil que su st se eleve, pero en el caso de la leche esta contiene más componentes en comparación al agua, por lo tanto el calor debe en más tiposdiferentes de moléculas



Resultados Experimento II

Materiales | Procedimiento Experimental |
-Jeringa-Silla-2 libros de diferentes masas | 1.- Se midió el diámetro interno de la jeringa y se estimo su área. 2.- Luego se coloco el embolo a 10 ml y se quemo la punta 3.- A continuación se coloco la jeringa sobre la mesa y sobre ella se colocaron diferentes masas4.- Después se registro la variación de volúmenes con respecto a diferentes masas 5.- Finalmente se determino la masa de los libros, se calculo su presión y además el trabajo realizado |

a–sResultados
• Relación masa/ presión (A partir área jeringa = 2,26 cm2)

Objeto | Masa | Presión (Pa / ATM) |
Diccionario | 1,1 kg | 4,7 Pa / 4,7 x 10-5 |
Libro | 0,9 kg | 3,9 Pa / 3,9 x 10-5 |
Silla | 2,2 kg | 9,5 Pa / 9,3 x 10-5 |

• Cálculos de Trabajo (Relación entre presión / volumen)

Objeto | Trabajo |
Diccionario | 1,88 x 10 -4 |
Libro | 1,225 x 10 -4 |
Silla | 5,58 x 10 -4 |

a–s Análisis resultados
Según lo escrito en la hipótesis, es correcto señalar que a mayor masa existe una mayor presión debido ala relación que existe entre la masa y el calculo de la presión, debido a que al calcular la presión siempre se mantiene en constantes el área y la aceleración de gravedad, razón por la cual a mayor masa el resultado de presión siempre será mayor. (P = m x g/a, donde a y g son constantes). La relación entre presión y volumen en el trabajoes directa, por lo tanto, también se afirma que ha mayor presión ha mayor trabajo, como se puede ver en los resultados del experimento.

Resultado Experimento III

Materiales | Procedimiento Experimental |
-Mechero-Vaso precipitado-Jeringa -Termómetro | 1.- Primero que nada, utilizar el mechero para que el agua adopte las temperaturas requeridas ( 60s y 70s sC) 2.- Medir con un termómetro la temperatura ingresar la jeringa y observar los cambios. 3.- Por ultimo repetir esta modalidad con la siguiente st. |

a–s Resultados
Al momento de introducir la punta de la jeringa en el agua a los 60 y 70 grados, note que no se movió el embolo. Así que se decidió a aumentar la temperatura ubicando el agua en un recipiente metálico y lo puse a calentar con fuego de la cocina. Ahí fue donde comenzaron los cambios más notorios, como que la jeringa se movía al compás del agua calentándose y con un movimiento más perceptible donde el embolo se ubico en otra media donde no la había puesto.
Aquí el embolo se disparo moderadamente hacia el otro extremo demostrando la presión que ejercía el con el oxigeno atrapado en la jeringa.
a–s Análisis resultados
Veo que esto funciono muy parecido a como funciona un tren a vapor, que seria en el caso del tren a vapor; el agua es calentado en la caldera, produciendo vapor, luego el vapor sale por un conducto que conecta con un cilindro en el que entra por una válvula de admisión y la altapresión hace que ingrese con violencia y empuje el pistón.
Experimento IV
Materiales | Construcción |
-Plumavit-Vaso de precipitado-Regla-Termómetro-Silicona-Segelin | El calorímetro fue construido con plumavit y con silicona liquida. Fueron cortados varios rectángulos de la misma medida (1,8 x 14 x 14 cm) y en ellos se realizaron agujeros concéntricos y de igual diámetro (9 cm). Luego los rectángulos fueron pegados formando se un cubo de 14 x 14 x 14 cm. Luego, se fabrico otro rectángulos que posee uno de los círculos que fueron sacados de los anteriores rectángulos, se pego en el centro fabricándose así una tapa. En ella se realizaron dos agujeros, uno para el agitador y otro para el termómetro |

Materiales | Procedimiento Experimental |
-Calorímetro-Agua -Fuego | 1.- Se masó el calorímetro2.- Se agregaron 80 gr de agua al calorímetro y se masó el sistema completo.3.-Luego se agregaron 60gr de agua a ts ambiente a un recipiente y se registro la temperatura. 4.- Luego se calentó el agua hasta unos 40s Celsius y se coloco en el calorímetro. Se adicionaron 80 y se espero que el sistema entrara en equilibrio y se midió la temperatura. |

Objetos | Masas |
Calorímetro + agua caliente | M1 = 340 gr |
Calorímetro + agua fría y caliente | M2 = 400 gr |

Objetos | Temperaturas |
Agua caliente | T1 = 40s C |
Agua fría | T2 = 18s C |
Calorímetro + temperatura de equilibrio entre las aguas. | Tf = 31,5s C |

a–s Análisis resultados• Para determinar la capacidad calorífica se aplica la siguiente formula:
Cx (Tf – T1) + 4,18 x M1 x (Tf – T1) + 4,18 x M2 x (Tf – T2) = 0
• Donde:
C= capacidad calorífica del calorímetro y 4,18 es el calor especifico del agua.
• Calculando:
Cx (31,5 – 40) + (4,18 x 340 x (31,5 – 40)) + (4,18 x 400 x (31,5 – 18)) = 0
-C 8,5 – 12080,2 + 22572 = 0
C= - 10491,8 / -8,5
C= 1234, 32 Joules/Celsius

Por lo tanto, lo que se hizo en la operación, fue deducir la formula de calor donde se multiplica calor especifico masa y delta de temperatura, para poder hacer una igualación de temperaturas con cero a partir de su balance y despejar el de C. Entonces la cantidad calorífica del calorímetro es de 1234,32 Joules / G sC. Lo que significa que es necesario 295 cal ( que es igual al 1234,23 Joules, por regla de 3) de energía para hacer variar la temperatura del calorímetro en 1sC.

En respuesta a la hipótesis, puede afirmarse que su capacidad calórica no es tan mala y el plumavit seria un aislante demasiado bueno.
Las leyes de la termodinámica son:

Principio cero de la termodinámica
Este principio establece que existe una determinada propiedad, denominada temperatura empírica θ, que es común para todos los estados de equilibrio termodinámico que se encuentren en equilibrio mutuo con uno dado. Tiene tremenda importancia experimental «pues permite construir instrumentos que midan la temperatura de un sistema» pero no resulta tan importante en elmarco teórico de la termodinámica.
El equilibrio termodinámico de un sistema se define como la condición del mismo en el cual las variables empíricas usadas para definir o dar a conocer un estado del sistema (presión, volumen, campo eléctrico, polarización, magnetización, tensión lineal, tensión superficial, coordenadas en el plano x, y) no son dependientes del tiempo. El tiempo es un parámetro cinético, asociado a nivel microscópico; el cual a su vez esta dentro de la físico-química y no es parámetro debido a que a la termodinámica solo le interesa trabajar con un tiempo inicial y otro final. A dichas variables empíricas (experimentales) de un sistema se las conoce como coordenadas térmicas y dinámicas del sistema.
Este principio fundamental, aún siendo ampliamente aceptado, no fue formulado formalmente hasta después de haberse enunciado las otras tres leyes. De ahí que recibiese el nombre de principio cero.
Primera ley de la termodinámica
También conocida como principio de conservación de la energía para la termodinámica «en realidad el primer principio dice más que una ley de conservación», establece que si se realiza trabajo sobre un sistema o bien éste intercambia calor con otro, la energía interna del sistema cambiará. Visto de otra forma, esta ley permite definir el calor como la energía necesaria que debe intercambiar el sistema para compensar las diferencias entre trabajo y energía interna. Fue propuesta por Nicolas Léonard Sadi Carnot en 1824, en suobra Reflexiones sobre la potencia motriz del fuego y sobre las máquinas adecuadas para desarrollar esta potencia, en la que expuso los dos primeros principios de la termodinámica. Esta obra fue incomprendida por los científicos de su época, y más tarde fue utilizada por Rudolf Loreto Clausius y Lord Kelvin para formular, de una manera matemática, las bases de la termodinámica.
La ecuación general de la conservación de la energía es la siguiente:

Que aplicada a la termodinámica teniendo en cuenta el criterio de signos termodinámico, queda de la forma:

Donde U es la energía interna del sistema (aislado), Q es la cantidad de calor aportado al sistema y W es el trabajo realizado por el sistema.
Segunda ley de la termodinámica
Esta ley arrebata la dirección en la que deben llevarse a cabo los procesos termodinámicos y, por lo tanto, la imposibilidad de que ocurran en el sentido contrario (por ejemplo, que una mancha de tinta dispersada en el agua pueda volver a concentrarse en un pequeño volumen). También establece, en algunos casos, la imposibilidad de convertir completamente toda la energía de un tipo en otro sin pérdidas. De esta forma, la segunda ley impone restricciones para las transferencias de energía que hipotéticamente pudieran llevarse a cabo teniendo en cuenta sólo el Primer Principio. Esta ley apoya todo su contenido aceptando la existencia de una magnitud física llamada entropía, de tal manera que, para un sistema aislado (que no intercambiamateria ni energía con su entorno), la variación de la entropía siempre debe ser mayor que cero.
Debido a esta ley también se tiene que el flujo espontáneo de calor siempre es unidireccional, desde los cuerpos de mayor temperatura hacia los de menor temperatura, hasta lograr un equilibrio térmico.
La aplicación más conocida es la de las máquinas térmicas, que obtienen trabajo mecánico mediante aporte de calor de una fuente o foco caliente, para ceder parte de este calor a la fuente o foco o sumidero frío. La diferencia entre los dos calores tiene su equivalente en el trabajo mecánico obtenido.
Existen numerosos enunciados equivalentes para definir este principio, destacándose el de Clausius y el de Kelvin.

En palabras de Sears es: 'No es posible ningún proceso cuyo único resultado sea la extracción de calor de un recipiente a una cierta temperatura y la absorción de una cantidad igual de calor por un recipiente a temperatura más elevada'.
No existe ningún dispositivo que, operando por ciclos, absorba calor de una única fuente (E.absorbida), y lo convierta íntegramente en trabajo (E.útil).
Enunciado de Kelvin—Planck
Es imposible construir una máquina térmica que, operando en un ciclo, no produzca otro efecto que la absorción de energía desde un depósito, y la realización de una cantidad igual de trabajo.
Otra interpretación
Es imposible construir una máquina térmica cíclica que transforme calor en trabajo sin aumentar la energía termodinámica delambiente. Debido a esto podemos concluir, que el rendimiento energético de una máquina térmica cíclica que convierte calor en trabajo, siempre será menor a la unidad, y ésta estará más próxima a la unidad, cuanto mayor sea el rendimiento energético de la misma. Es decir, cuanto mayor sea el rendimiento energético de una máquina térmica, menor será el impacto en el ambiente, y viceversa.
Tercera ley de la termodinámica
La Tercera de las leyes de la termodinámica, propuesta por Walther Nernst, afirma que es imposible alcanzar una temperatura igual al cero absoluto mediante un número finito de procesos físicos. Puede formularse también como que a medida que un sistema dado se aproxima al cero absoluto, su entropía tiende a un valor constante específico. La entropía de los sólidos cristalinos puros puede considerarse cero bajo temperaturas iguales al cero absoluto. No es una noción exigida por la Termodinámica clásica, así que es probablemente inapropiado tratarlo de “ley”.
Es importante recordar que los principios o leyes de la Termodinámica son sólo generalizaciones estadísticas, válidas siempre para los sistemas macroscópicos, pero inaplicables a nivel cuántico. El demonio de Maxwell ejemplifica cómo puede concebirse un sistema cuántico que rompa las leyes de la Termodinámica.
Asimismo, cabe destacar que el primer principio, el de conservación de la energía, es la más sólida y universal de las leyes de la naturaleza descubiertas hasta ahora por las ciencias.





Política de privacidad