El nuevo Análisis del equilibrio térmico y calor específico.

[pic 1]

Colegio Tomás Moro

Departamento de ciencias

Termodinámica – 4° medio

Profesora Sila Martínez

Análisis del equilibrio térmico y calor específico.

Integrantes: Benjamín Reyes, Magdalena Salamanca y Lukas Norambuena.

Introducción: La termodinámica es una rama de la física que estudia la energía y las transformaciones de esta. Según el principio de conservación de la energía, esta solo puede transformarse, no es posible ni crear ni destruir energía de ningún tipo. Esta “rama de la física” puede considerarse como una ciencia propiamente tal debido a su complejidad, que tiene sus propias leyes y ya que es un compendio de las 3 ciencias más estudiadas en la historia de la humanidad: la física, la química y la biología. La termodinámica, es una disciplina científica cuyo objeto de estudio es el intercambio energético entre un cuerpo y el ambiente. en este contexto, podemos decir que un sistema termodinámico es un conjunto de cuerpos que es aislado del entorno para su estudio.  Dicho aislamiento puede producirse de forma real a través de un campo experimental o de manera ideal (teórica). La finalidad siempre es estudiar los intercambios de energía y de materia que se producen en el interior del sistema. Los sistemas termodinámicos pueden clasificarse en tres: Sistema abierto, sistema cerrado y sistema aislado. La ley cero de la Termodinámica establece lo que se conoce como equilibrio térmico, es decir, el traspaso de energía. Al poner en contacto dos cuerpos de diferente temperatura, el de mayor traspasa cierta energía al de menor, esto lo hace mediante el tránsito de energía en forma de calor.

La importancia de la comprensión de la termodinámica y del equilibrio térmico para la realización de nuestro trabajo se debe a que son los términos principales a analizar, comprobar y cuantificar pues nuestro objetivo es predecir como interactúa y varía la temperatura según el equilibrio térmico.

Modelo teórico: ¿Cómo se logra el equilibrio térmico?

Esa es la pregunta que planeamos resolver en la realización de nuestro proyecto, el cual consiste en medir las temperaturas de dos diferentes materiales: agua y kerosene, ambos a diferentes temperaturas, las cuales pondremos en contacto, para lograr el tan esperado equilibrio térmico, el siguiente paso consiste en observar y anotar las diferentes temperaturas en función del tiempo hasta que se haya logrado obtener el equilibrio. Este al ser un sistema abierto, debemos considerar que los valores de las variables que describen su estado deben tomar el mismo valor para el sistema y para sus alrededores, es decir, que para lograr un equilibrio debe estar simultáneamente en equilibrio térmico y mecánico. Aparte de considerarse los tipos de sistemas, cuando estemos estudiando la termodinámica, específicamente el equilibrio térmico, también debemos tener en cuenta los sistemas homogéneos y heterogéneos, ya que dependiendo de cómo veamos el sistema (abierto, cerrado o aislado) en el cual trabajaremos, al momento de realizar los respectivos análisis nos encontraremos con que puede ser caracterizado como un sistema homogéneo, heterogéneo o incluso ambos.

Conceptos claves:

 Energía: Capacidad que tiene la materia de producir algún tipo de trabajo.

Sistema Abierto: Entorno en el cual hay una existencia de cambios de energía y de materia.

Sistema Cerrado: Entorno en el cual hay una existencia de cambio de energía pero no de materia.

Sistema Aislado: Entorno en el cual no hay una existencia de cambios de energía ni de materia.

Sistema Heterogéneo: Aquel sistema en el que pueden reconocerse los materiales que lo componen.

Sistema Homogéneo: Aquel sistema en el cual no pueden reconocerse los materiales que lo componen.

Temperatura: Cuantificación de la agitación de las partículas que conforman un cuerpo.

Calor: Energía en tránsito. Traspaso de energía e un cuerpo de temperatura a uno de menor temperatura.

Hidrocarburo: Son compuestos orgánicos formados únicamente por átomos de carbono e hidrógeno.

Kerosene: Es un líquido inflamable, mezcla de hidrocarburos, que se obtiene de la destilación del petróleo natural.

Variables termodinámicas: Son las magnitudes que se emplean para describir el estado de un sistema termodinámico.

Variable Intensiva: Es cuyo valor no depende del tamaño ni la cantidad de materia del sistema.

Variable Extensiva: Es cuyo valor es proporcional al tamaño del sistema que describe.

Equilibrio Mecánico: La presión del sistema es la misma que la de los alrededores.    

Modelo experimental:

Materiales:

• Un vaso precipitado de 100 mL.
• Un vaso precipitado de 600 mL.
• Agua.
• Hervidor.
• Kerosene.
• Dos termómetros de mercurio.
• Cámara fotográfica del celular.
• Cronómetro del celular.

Procedimiento:

• Paso 1: calentar el agua y verterla en el vaso de mayor tamaño.
• Paso 2: verter la segunda sustancia en el vaso de menor tamaño.
• Paso 3: introducir el vaso de menor tamaño dentro del más grande.
• Paso 4: Registrar la temperatura de ambas sustancias cada 1 minuto.                                                                                                                                                                                                                        [pic 2]

[pic 3]

[pic 4]

Resultados

...