Parctica #3 termo
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Este documento presenta los objetivos, materiales, aspectos teóricos y desarrollo de una práctica de laboratorio sobre la Ley Cero de la Termodinámica. La práctica consiste en poner en contacto agua caliente y fría para demostrar que alcanzarán la misma temperatura de equilibrio. Se miden las temperaturas iniciales y finales para cuantificar la energía ganada y cedida, y se calcula teóricamente la temperatura de equilibrio.
![t1af= tiempo inicial del agua fría (°C)
mac = masa del agua caliente (gr)
t2ac= tiempo final del agua caliente (°C)
t1ac= tiempo inicial del agua caliente (°C)
Como: t2af = tac = teq
Donde:
teq = Temperatura del equilibrio (°C)
Ce = Calor especifico para el agua caliente y fría.
Entonces: maf Ceaf (t2af –t1af) + mac Ceac (t2ac – t1ac) = 0
Y como: Ceaf = Ceac
Tenemos: Ce [maf (teq - t1af) + mac Ceac (teq - t1ac)] = 0
maf teq - maf t1af + mac teq - mac t1ac = 0
maf (t2af –t1af) + mac (teq - t1ac) = 0
Agrupando términos.
maf teq + mac teq - (maf t1af + mac t1ac ) = 0](https://image.slidesharecdn.com/parctica3termo-111121192215-phpapp01/85/Parctica-3-termo-7-320.jpg)
Parctica #3 termo
- 1. UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES PLANTEL ARAGÓN INGENIERÍA MECÁNICA LABORATORIO DE TERMODINÁMICA Practica #3 “LA LEY CERO DE LA TERMODINÁMICA” NOMBRE DEL ALUMNO: Paniagua campos José Daniel Cartujano Vergara Jair Armando NOMBRE DEL PROFESOR: ING. ALEJANDRO RODRÍGUEZ LORENZANA GRUPO: JUEVES 17:30 – 19:00
- 2. Fecha de realización: Jueves 22 del mes de Septiembre Fecha de entrega: Jueves 29 del mes de Septiembre Objetivo: Demostrar la ley cero de la termodinámica. Cuantificar la cantidad d energía que un cuerpo cede o recibe de una sustancia de trabajo. Determinar la temperatura de equilibrio de las sustancias de trabajo. Analizar el grado de error al determinar la temperatura de equilibrio. Actividades: 1. Demostrar la Ley Cero de la Termodinámica, poniendo en contacto dos cuerpos a diferentes temperaturas. 2. Determinar la cantidad de energía ganada y cedida de los cuerpos. 3. Determinar la temperatura de equilibrio. o Teóricamente o Experimentalmente. Material: 1 Vaso de precipitado de 2000 ml. 1 Probeta de 500 ml. 1 Matraz de 250 ml. 1 Tapón bihoradado para el matraz (con perforaciones) 2 Termómetros de 100 °C 1 Parrilla eléctrica. 1 Calorímetro. 1 Cronometro 1 Balanza granataria. 1 Guantes de asbesto. 1 Pesa de 1000 gr. 1 Pinza de sujeción. Sustancias: AGUA
- 3. Aspectos Teóricos: Equilibrio Termodinámico.- Cuando un sistema de baja temperatura se pone en contacto por medio de una pared diatérmica con otro sistema de mayor temperatura, la temperatura del sistema frio aumenta mientras la temperatura del sistema caliente disminuye. Si se mantiene este contacto mediante un periodo largo, se establecerá el equilibrio termodinámico, es decir ambos sistemas tendrán la misma temperatura. Si los sistemas están formados por diferentes sustancias o diferentes porciones de ellas, no contendrán la misma cantidad de energía aunque estas alcancen el equilibrio térmico. Ley Cero de la Termodinámica.- Esta ley nos explica que cuando un sistema se pone en contacto con otro al transcurrir el tiempo, la temperatura será la misma, por que se encontraran es equilibrio térmico. Otra forma de expresar esta ley es la siguiente. ”La temperatura es una propiedad que posee cualquier sistema termodinámico y existita equilibrio térmico entre dos sistemas cualesquiera” sis su temperatura es la misma. Desarrollo: Actividad l: Demostración de la ley cero de la termodinámica. 1. Calibrar la Balanza. 2. Medir la masa del matraz. Anotar su valor en la tabla 3.1A 3. Con la probeta medir 250 ml. De agua y verterlo en el matraz, medir su masa. Anotar el valor en la tabla 3.1ª
- 4. 4. Colocar un tapón bihoradado con el termómetro en la boca del matraz. 5. Medir la masa del calorímetro. Anotar en la tabla 3.1A 6. Colocar el matraz en la parrilla. (Tener cuidado de que el termómetro no toque las paredes del matraz) 7. Conectar la parrilla al suministro de energía eléctrica. 8. Esperar a que el agua alcance una temperatura de 60°C esta se considera como la temperatura inicial de agua caliente (T1ac) 9. Verter con la probeta, 250 ml de agua en el calorímetro. 10. Medir la masa del agua contenida en el calorímetro. Anótala en la tabla 3.1ª 11. Medida la masa, coloca el calorímetro dentro del vasos de precipitado de 2000 mil. 12. Coloca uno de los termómetros dentro del calorímetro para medir su temperatura, esta se considera como temperatura inicial del agua fría (T1af) Anotar su valor en la tabla 3.1.1ª 13. Desconectar la parrilla del suministro eléctrico. 14. Con ayuda de las pinzas y con el guante de asbesto puesto, introducir el matraz dentro del calorímetro, en ese momento, registra la primera lectura de los termómetros. Anotar su valor en la tabla 3.1.1A 15. Con el cronometro, tomar las lecturas cada un minuto de las temperaturas registradas en los termómetros. Anotar las lecturas en la tabla 3.1.2ª 16. Efectuar las lecturas de los termómetros, hasta que estos registren la misma temperatura.
- 5. Mientras el Agua se calienta, Procede de la siguiente manera: Actividad ll. Cantidad de energía ganada y cedida. Si Q=mCe (t2 –t1) Donde: Q= Calor (cal) M= Masa (gr) Ce = Calor especifico (cal/gr°C) t2 = temperatura final (°C) t1 = temperatura inicial (°C) Entonces: Qaf = maf Ceaf (t2af –t1af) Qac = mac Ceac (t2ac – t1ac) Donde: Qaf = calor absorbido por el agua fría (cal)
- 6. Qac = calor cedido por el agua caliente (cal) maf = masa del agua fría (gr) mac = masa del agua caliente (gr) Ceaf = calor especifico del agua fría (cal/gr°C) Ceac calor especifico del agua caliente (cal/gr°C) t2af = tiempo final del agua fría (°C) t2ac= tiempo final del agua caliente (°C) t1af= tiempo inicial del agua fría (°C) t1ac= tiempo inicial del agua caliente (°C) Anota los resultados en la tabla 3.2B Actividad lll: Determinar la temperatura del equilibrio Teóricamente. La energía que cederá el agua caliente será la misma que recibirá el agua fría, por lo tanto, la suma de las energías se mantiene constante, es decir, la suma de las energías en transición es igual a cero. Es decir: Si: +Qaf = -Qac Entonces: Qaf + Qac = 0 Por lo tanto: maf Ceaf (t2af –t1af) + mac Ceac (t2ac – t1ac) = 0 Donde: Ceaf = calor especifico del agua fría (cal/gr°C) Ceac calor especifico del agua caliente (cal/gr°C) maf = masa del agua fría (gr) t2af = tiempo final (o equilibrio) del agua fría (°C)
- 7. t1af= tiempo inicial del agua fría (°C) mac = masa del agua caliente (gr) t2ac= tiempo final del agua caliente (°C) t1ac= tiempo inicial del agua caliente (°C) Como: t2af = tac = teq Donde: teq = Temperatura del equilibrio (°C) Ce = Calor especifico para el agua caliente y fría. Entonces: maf Ceaf (t2af –t1af) + mac Ceac (t2ac – t1ac) = 0 Y como: Ceaf = Ceac Tenemos: Ce [maf (teq - t1af) + mac Ceac (teq - t1ac)] = 0 maf teq - maf t1af + mac teq - mac t1ac = 0 maf (t2af –t1af) + mac (teq - t1ac) = 0 Agrupando términos. maf teq + mac teq - (maf t1af + mac t1ac ) = 0
- 8. CONCEPTO MASA(gr) Matraz 122 Calorímetro 90 Matraz con agua 362.5 Calorímetro con agua 536 Masa del agua en el matraz 240.5 Masa del agua en el calorímetro 446 TABLAS DE LECTURAS CONCEPTO TEMPERATURA INICIAL(°C) TEMPERATURA FINAL(°C) Agua fría(en el calorímetro) 25 36 Agua caliente(en el matraz) 62 37 CONCEPTO TEMPERATURAS(°C) Tiempo(min) Agua en el matraz Agua en el calorímetro O 62 25 1 57 29 2 51 32 3 47 33 4 45 35 5 43 35 6 41 36 7 40 36 8 39 37 9 38 37 10 38 37 11 37 36 12 37 36
- 9. TABLAS DE RESULTADOS TABLA 3.1B CONCEPTO MASA DEL AGUA Kg gr lb Calorímetro 0.446 446 0.9832 matraz 0.2405 240.5 0.5302 1lb=0.4536 Kg TABLA 3.2B CONCEPTO EXPERIMENTAL Cal KJ BTU Energía ganada Qaf 4906 20.5414 19.4705 Energía cedida Qac -6012.5 -25.1743 -23.8612 1Kcal=4.187 KJ ceh2o=1 1BTU=1.0550KJ=0.252Kcal
- 10. TABLA 3.3.1B CONCEPTO TEÓRICA Cal KJ BTU Energía ganada Qaf 5780.16 24.202 22.9398 Energía cedida Qac -5781.62 24.208 22.9456 Qac= mac (ceh2o) (Teq-t1ac) Qaf= maf (ceh2o) (Teq-t1af) TABLA 3.3B CONCEPTO TEÓRICO °C °K °R °F Temperatura de 37.96 310.96 560.38 100.328 equilibrio teq= 1) °K= 37.96°C+273= 310.96 2) °R= 100.328°F + 460= 560.38 3) °F= 9/5(37.96) + 32= 100.328
- 11. TABLA 3.4B CONCEPTO GRADO DE ERROR Experimental % E1 0 E2 2.702 A CONTINUACIÓN SE MUESTRA LA GRÁFICA T-t(Temperatura-tiempo): 70 60 50 40 Tiempo(min) 30 Agua en el matraz Agua en el calorímetro 20 10 0 0 5 10 15
- 12. Cuestionario: 1. ¿Qué es el equilibrio térmico? R.- La reacción que tienen dos sustancias al ponerlas en contacto, cada sustancia tine distinta temperatura, la caliente cede calor y la fría recibe. Hasta alcanzar la misma temperatura por ambas sustancias 2. ¿A qué temperatura alcanza el agua su máxima densidad? R.- El agua alcanza su mayor densidad exactamente a 4º centígrados donde su volumen es mínimo 3. Cuándo se calculó la cantidad de calor teórico y experimental, ¿Cuál es el que se acerca mas a la realidad? R.- 4. ¿La materia contiene calor? R.- NO 5. ¿Qué es la energía interna? R.- La energía interna es la energía que tiene una sustancia debido a su temperatura, que es esencialmente a escala microscópica la energía cinética de sus moléculas. 6. ¿Existe relación entre la temperatura Centigrada y la Kelvin? Explica R.- Si, La relación entre grados Celsius y grados Kelvin es de 273, es decir, 1ºC son 273K, 2ºC son 274K. 7. ¿A que se le conoce como calor especifico? R.- El calor específico es la energía necesaria para elevar 1 °C la temperatura de un gramo de materia. 8. ¿Cuáles son las unidades de energía y de trabajo? ¿Qué relación existe entre ellas? R.- Trabajo joule (J) y Energía (Cal) son equivalentes. 9. Explica algunos sistemas reales donde se aplica la Ley Cero de la Termodinámica R.- Un termómetro, hielos enfriando una bebida. 10. ¿Cómo es la capacidad calorífica especifica del agua en comparación con otras sustancias comunes? R.- Mayor.