Practica 2 De Termi Ipn Ley Cero

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA QUIMICA E INDUSTRIAS EXTRACTIVAS

LABORATORIO DE TERMODINAMICA BASICA

PRACTICA NO. 2

LEY CERO DE LA TERMODINAMICA

EQUIPO NO. 3

INTEGRANTES:

Cruz Barrera Oscar Iván

González Huerta Oscar Román

Reyna Hernández Efer Elam

Rivera Benítez Gregorio

Sánchez Franco Bernardo Iván

Téllez De la Torre Paulina Montserrat

PRACTICA NO. 2

LEY CERO DE LA TERMODINAMICA

OBJETIVO:

Por medio de datos de temperatura obtenidos experimentalmente por el estudiante y de un balance de energía comprender y aplicar el concepto de equilibrio térmico para establecer la ley cero de la termodinámica.

FUNDAMENTACION TEORICA:

Considerando un sistema termodinámico al resto del universo se le llama alrededores. A lo que limita al sistema termodinámico de los alrededores, se le llama frontera.

Las fronteras pueden ser físicas o imaginarias. A las fronteras físicas se les llama paredes.

Las paredes termodinámicas por sus características pueden clasificarse como: Fijas, móviles, rígidas, flexibles, adiabáticas y diatermicas.

Pared adiabatica: Es la que no permite la transferencia de energía térmica entre dos sistemas o entre un sistema y sus alrededores y a la que permite la transferencia se le llama pared diatermica.

Cuando dos sistemas termodinámicos con distinto contenido de energía térmica se ponen en contacto a través de una pared diatermica, el sistema con mayor contenido de energía la transfiere en parte al que tiene menos hasta que las cantidades de energía se igualan en ambos sistemas, cuando esto ocurre se dice que los dos sistemas han alcanzado el Equilibrio Termico.

Para saber cuando dos sistemas están en quilibrio térmico se requiere medir una variable que nos lo indique, a esta variable se le llama temperatura y el instrumento de medición, generalmente es un termómetro.

Por tanto temperatura, desde un punto de vista de la termodinámica, es una variable cuyo valor nos indica cuando dos sistemas están en quilibrio térmico.

Cuando se establecio la primera ley de la termodinámica (ley de la conservación de la energía), involucraba a la temperatura, sin que existiera un concepto termodinamico de esta.

“Si dos sistemas están en quilibrio térmico con un tercero (generalmente un termómetro), entonces están en equilibrio térmico entre sí”. Este enunciado, ya que implica el concepto termodinamicode la temperatura es un fundamento para la primera ley de la termodinámica, pero se establecio después de esta, por lo que se le llamo LEY CERO DE LA TERMODINAMICA.

Para poder establecer las expresiones que permiten calcular la cantidad de calor que se transfiere de un sistema a otro para alcanzar el equilibrio térmico, se define primero la capacidad térmica.

La capacidad térmica es la energía requerida para elevar un grado la temperatura de una unidad de cantidad de una sustancia. Esta energía depende de como se ejecute el proceso, en termodinámica interesa principalmente dos clases de capacidad térmica: A volumen constante (C_v) y a presión constante (C_p).

Si una cantidad de energía “Q” se transfiere a una cantidad de una sustancia “n” con la cual cambia su temperatura en ∆T= T_f-T_i la capacidad térmica a presión constante se expresa matemáticamente como:

C_p=Q/(n(T_f-T_i))

De donde:

Q=nc_p (T_f-T_i)

Y sus unidades en el Sistema Internacional son J/mol K

La capacidad térmica es función de la temperatura y se puede calcular para una determinada sustancia con expresiones del tipo:

C_p=(A+BT+CT^2+DT^(-2) )R

Dónde:

A, B, C y D son constantes que dependen de la sustancia.

T es la temperatura en kelvin.

R es la constante universal de los gases ideales.

Para dos sistemas, un sistema F formado por n_Fmoles, queestá a una temperatura T_F y un sistema C formado por n_Cmoles a la temperatura T_C, están en contacto térmico a través de una pared diatermica y se alcanza el quilibrio térmico a una temperatura de T_eq, si el sistema F es el de menor energía y el C el de mayor contenido energético, la cantidad de calor que gana F, es positiva y se calcula con la expresión:

Q_F=n_F 〖(C_P)〗_eq T_eq-n_C 〖〖(C〗_(p))〗_F T_F

La cantidad de calor que pierde C es la misma, pero negativa y se calcula con la expresión:

Q_C=n_C 〖(C_P)〗_eq T_eq-n_C 〖〖(C〗_(p))〗_C T_C

Sumando las dos expresiones, como corresponden a cantidades de energía iguales pero de signo contrario, su suma es cero:

Q_F+Q_C=0

n_F 〖(C_P)〗_eq T_eq-n_C 〖〖(C〗_(p))〗_F T_F+n_C (C_P )_eq T_eq-n_C 〖〖(C〗_(p))〗_C T_C= 0

De donde despejando T_eq:

T_eq= (n_F (〖Cp〗_F ) T_F+n_C (〖Cp〗_C)T_C)/(n_F 〖(C_P)〗_eq-n_C 〖(Cp〗_eq)T_C )

Para valores cercanos a T_(C ),T_eq las capacidades térmicas〖(Cp)〗_F 〖(Cp)〗_(C )y 〖(Cp)〗_eq son aproximadamente iguales y la expresión anterior queda:

T_eq=(n_F T_F+n_C T_C)/(n_F+ n_C )

DESARROLLO EXPERIMENTAL.

Material, equipo y sustancias.

Equipo para ley cero de la termodinámica, que consta de :

Un recipiente aislado térmicamente, con dos compartimientos separados por una pared metálica y una tapa.

Dos termómetros.

Un vaso de precipitados de 2000 ml.

Un vaso de precipitados de 100 ml.

Unas pinzas para vaso de precipitados.

Una probeta de 250 ml.

Mechero de bunsen.

Franela de 20 x 20 cm.

Agua fría y caliente.

PROCEDIMIENTO.

Llena el vaso de 2000 ml. con agua, caliéntala hasta una temperatura de 70 °C.

Durante el calentamiento realiza lo siguiente:

Mide en la probeta un volumen de 150 ml. de agua (V_aguaF) de la llave a temperatura ambiente.

Destapa el quipo para a Ley Cero y vierte el agua fría de la probeta en el compartimiento marcado en el fondo con la letra “F”.

Tapa el quipo, de tal manera que el compartimiento marcado con la letra “F”, quede con el termómetro marcado con la letra “F”.

Espera 20 segundos aproximadamente y después de transcurrido el tiempo verifica la temperatura en dicho termómetro yregístrala como la temperatura de agua fría (t_F).

Utilizando el vaso de 100 ml. y las pinzas para un vaso de precipitado, mide en la probeta la cantidad de 100 ml de agua caliente.

Destapa el equipo y sujetando la probeta con la franela, vierte el agua caliente en el otro compartimiento, teniendo cuidado para evitar accidentes.

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