Practica 5 Principios De Termodinamica

INTRODUCCION

La primera ley de la termodinámica aplicada a un sistema cerrado.

Con base en observaciones experimentales, la primera ley de la termodinámica establece que la energía no puede ser creada ni destruida, sólo puede ser transformada. La primera ley no puede demostrarse matemáticamente, pero no se conoce ningún proceso en la naturaleza que haya violado la primera ley, lo que debe considerarse como prueba suficiente.

La primera ley de la termodinámica es también conocida como el principio de la conservación de la energía y afirma que la energía total es una propiedad termodinámica.

Un sistema cerrado es una cantidad fija de fluido contenida dentro de una frontera. La frontera sirve para separar el sistema del entorno. Sólo la energía en forma de calor y trabajo puede cruzar la frontera.

Primera ley para un ciclo de un sistema cerrado.

Si un sistema cerrado contiene un fluido y realiza una serie de procesos de manera que el fluido regrese a su estado original, el sistema ha pasado a través de un ciclo. Como el fluido empieza en un estado particular y termina el ciclo exactamente en el mismo estado, no puede haber cambio neto de energía dentro del fluido. La primera ley para un ciclo se puede enunciar como:

“Cuando un sistema cerrado realiza un ciclo, entonces la transferencias neta de calor al sistema es igual al trabajo neto realizado sobre el entorno”:

Primera ley para un proceso de un sistema cerrado.

Las únicas formas de energía que pueden entrar en un sistema o salir de él son el calor y el trabajo:

[Energía que entra al sistema] – [Energía que sale del sistema] = [Cambio de la energía del sistema]

Q W− = ∆E

Suponiendo que la energía total del sistema E consta de tres partes: energía interna U, energía cinética Ec y energía potencial Ep; la ecuación queda de la siguiente forma:

Q W− = ∆U + ∆Ec p + ∆E

La primera ley para sistemas cerrados estacionarios.

La mayoría de los sistemas cerrados que se encuentran en la práctica son estacionarios, es decir, no mimplican ningún cambio en su velocidad o en la elevación de su centro de gravedad durante un proceso. De modo que para los sistemas cerrados estacionarios, los cambios en las energías cinéticas y potencial son despreciables y la relación de la primera ley se reduce a:

Q W− = ∆U

OBJETIVOS

Identificar y clasificar un sistema termodinámico

b) Determinar en forma experimental la capacidad térmica especifica de un material mediante l aplicación de las leyes cero y primera de la termodinámica para sistemas cerrados.

c) Distinguir la diferencia entre calor sensible y calor latente.

d) Determinar el calor latente de fusión del agua y compararlo con el valor teórico.

e) Obtener experimentalmente la temperatura de ebullición de una sustancia y comprobar que, a presión constante, la temperatura de la sustancia permanece constante durante el cambio de fase.

Equipo y materiales necesarios

1 Calorímetro de unicel con tapa

1 balanza de 0 a 610[g]

1 vaso de precipitado de 600[ml]

1 vaso de precipitado de 50[ml]

1 parrilla eléctrica

1 muestra de material solido (monedas)

1 jeringa de 10[ml]

agua líquida

1 termómetro de inmersión

1 cubo de hielo de aprox. 50[g] (proporcionado por los alumnos)

1 par de toallas de papel absorbentes (proporcionado por los alumnos)

DESARROLLO

Actividad 1

Mida la masa del material disponible y determine su temperatura inicial. Para esto puede sumergir las monedas en un vaso de precipitados con agua y un minuto después medir la temperatura, ésta será la temperatura inicial del material. Elimine el agua, seque perfectamente la muestra del metal y deposítela en el calorímetro con mucho cuidado.

Masa de las monedas = 0.4814 [kg] T (inicial)m = 21 [°C]

Actividad 2

Mida una masa de 80[g] de agua líquida y con la parrilla eleve su temperatura hasta alcanzar 40[°C], ésta será la temperatura inicial del agua. Retire inmediatamente de la parrilla, vierta esta agua al calorímetro y tápelo. Mida la temperatura de equilibrio T (eq) de la mezcla aproximadamente un minuto después de haberla hecho y registre ese dato.

T (eq)= 33 [°C]

Actividad 3

Con base en la actividad anterior y en la primera ley de la termodinámica, determine la capacidad térmica especifica del material empleado. Considere que c (agua líquida)=4186[J/(kg.Δ°C]

〖masa〗_Moneda 〖=m〗_M=481.4g=0.4814[kg]

T_(inicial moneda)=T_(i_M )=21[°C]

...