Equilibrio Termico

Objetivo:

Estudiar cómo se alcanza el equilibrio térmico cuando se ponen en contacto dos sistemas a distinta temperatura.

Materiales:

• 2 Recipientes de vidrio de diferentes tamaño

• Agua caliente

• Agua a temperatura ambiente

• 2 Termómetros de mercurio

Introducción:

Para un mejor análisis del experimento debemos tener algunas nociones teóricas.

Calor: Es una forma de energía, por lo tanto no puede ser definida.

Temperatura: Propiedad capaz de determinar si dos sistemas se encuentran o no en el mismo nivel térmico.

Equilibrio térmico: Un objeto “A” frio y un objeto idéntico “B” caliente, se ponen en contacto uno con el otro. Después de un tiempo suficiente “A” y “B” tendrán la misma temperatura. Entonces se dice que “A” y “B” están en equilibrio térmico entre sí. La prueba lógica y operacional del equilibrio térmico consistirá en usar un tercer cuerpo (cuerpo testigo), tal como un termómetro. Esto se resume en un postulado: Si “A” y “B” están en equilibrio térmico con un tercer cuerpo “C”, entonces están en equilibrio térmico entre sí. Estas consideraciones expresan la idea fundamental de que la temperatura de un sistema es una propiedad que a la larga adquiere el mismo valor que la de otros sistemas cuando todos ellos se ponen en contacto.

Termómetro: Instrumento de medición de temperatura. En nuestro caso utilizaremos un termómetro de mercurio, que se basa en una columna capilar de mercurio y una escala (grados Celsius en este caso).

Transmisión de calor: Puede ser por conducción, convección o radiación.

Conducción (fundamental en sólidos): Moléculas próximas a la fuente de calor aumentan su agitación, la que se transmite a otras moléculas del cuerpo.

Convección (fluidos): Al calentarse un líquido se produce una circulación de materia, asciende la parte caliente próxima a la fuente de calor y desciende la fría de la parte superior.

Radiación (sin medios materiales): Propagación de radiaciones. Ej. Calor del sol a la Tierra

Procedimiento:

Primero calentamos agua en un recipiente grande hasta unos 60°- 70°C aprox. Después medimos la temperatura con el termómetro. Es importante que el bulbo del termómetro (donde está depositado el mercurio) este completamente sumergido en el agua, y no esté en contacto con la superficie del recipiente.

En segundo lugar preparamos un recipiente más chico con agua a temperatura ambiente, la cual también medimos con otro termómetro teniendo los mismos cuidados señalados anteriormente.

Introducimos el recipiente más chico con el agua a temperatura ambiente dentro del que contiene agua caliente.

Colocamos los dos termómetros, uno en contacto con el agua caliente y el otro con el agua a temperatura ambiente. Debemos intentar que los 2 termómetros se encuentren al mismo nivel de agua.

Medimos la temperatura de ambos recipientes en el mismo instante, cada ½ minuto. Registramos los datos en una de valores.

Graficamos.

Análisis y Resultados:

Antes de poner en contacto los recipientes tomamos las siguientes temperaturas

Agua a temp. Ambiente (T1): 18 °C

Agua caliente (T2) : 69 °C

Registro de valores del sistema interactuando

t (min) ɛt (min) T1 (°C) ɛT1 (°C) T2 (°C) ɛT2 (°C)

0,00 0,02 22 2 67 2

0,50 0,02 25 2 66 2

...