Práctica . Primera Ley de la Termodinámica

CARRERA

PLAN DE ESTUDIOS

CLAVE DE LA ASIGNATURA

NOMBRE DE LA ASIGNATURA

QFB

2009

TERMODINAMICA

PRÁCTICA NÚMERO

NOMBRE DE LA PRÁCTICA

FECHA Y DURACIÓN

2

PRIMERA LEY DE LA TERMODINAMICA: COMPORTAMIENTO DEL ESTADO GASEOSO

2 HRS

1

INTRODUCCIÓN

El estado gaseoso es una de las formas macroscópicas en las cuales puede presentarse la materia.  Una cierta masa de materia requiere de un mayor espacio en forma gaseosa que en forma sólida o líquida a las mismas condiciones de presión y temperatura.   La materia gaseosa ocupa todo el espacio del recipiente que lo contiene.  Las fuerzas de repulsión entre las moléculas gaseosas son mucho mayores que las de atracción.  La materia, en este estado es totalmente elástica.

        Los choques producidos por el movimiento caótico de sus moléculas con las paredes del recipiente que lo contiene dan por efecto, la presión con que se presenta el gas.  Por su gran elasticidad, es aprovechable este estado (por la gran energía cinética de sus moléculas) para obtener del trabajo mecánico mediante su expansión.

2

OBJETIVOS

• Aplicar el concepto de P = F/A, para el cálculo de las diferentes presiones experimentales.
• Deducir, a partir de los datos experimentales obtenidos y de sus análisis, como varían los volúmenes de una masa fija de gas al variarles la presión y viceversa, manteniendo la temperatura constante.
• Aplicar los conceptos de la primera ley de la termodinámica.

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FUNDAMENTO

Desde el punto de vista físico, se lleva a cabo trabajo sobre un objeto cuando este se desplaza cierta distancia, como consecuencia de la aplicación de una fuerza.  La forma de trabajo que se estudia en termodinámica se refiere al cambio de volumen de un sistema.

En el caso de un sistema termodinámico, el trabajo no es necesariamente de naturaleza puramente mecánica, ya que la energía intercambiada en las interacciones puede ser también calorífica, eléctrica, magnética o química, por lo que no siempre podrá expresarse en la forma de trabajo mecánico.

No obstante, existe una situación particularmente simple e importante en la que el trabajo está asociado a los cambios de volumen que experimenta un sistema (v.g., un fluido contenido en un recinto de forma variable).

Así, si consideramos un fluido que se encuentra sometido a una presión externa y que evoluciona desde un estado caracterizado por un volumen a otro con un volumen, el trabajo realizado será:

w = ᶴ p dv

4

PROCEDIMIENTO

A

EQUIPO, MATERIAL Y REACTIVOS NECESARIOS

MATERIAL DE APOYO

1. Materiales

• 1 jeringa graduada en ml y cerrada herméticamente en un extremo.
• 1 pinza de dos dedos
• Soporte universal
• Vernier
• Balanza granataria
• 4 o 5 pesas de diferente masa.

B

DESARROLLO DE LA PRÁCTICA

A)

1. Monte la jeringa en el soporte.
2. Presione ligeramente el émbolo.  Este regresara a un volumen inicial V0 correspondiente a una presión inicial P0 = Patm + Pemb., anote V0 = ml.
3. Ponga arriba del émbolo la pesa más pequeña y con precaución presione muy ligeramente el embolo.  Anote el volumen V1, correspondiente a una presión  P1 = P0 + Ppesa 1
4. Quite la pesa.  Ponga ahora otra de más peso.  Presione ligeramente y anote el volumen V2 correspondiente a una presión   P2 = P0 + Ppesa 2 .
5. Proceda de igual forma, incrementando de peso y anotando los volúmenes Vn correspondiente a las presiones Pn = P0 + P(pesa 1+2+...)
6. Retire el émbolo de la jeringa, mida su diámetro interior, el peso del émbolo y el peso exacto de cada una de las pesas en la balanza granataria.
7. Realice el cálculo de las presiones correspondientes a los volúmenes.  Considere Patm = 11.013 x 106 dinas/cm2.

C

CÁLCULOS Y REPORTE DE RESULTADOS

Con los resultados obtenidos en la parte experimental, calcule la fuerza y la presión ejercida sobre el pistón.

Aplicar la primera ley de la termodinámica y calcule el trabajo termodinámico ejercido por el pistón.

5

INTERPRETACIÓN Y CONCLUSIONES

Realizadas por el alumno

6

ANEXOS

1. Calcule las presiones correspondientes a cada uno de los volúmenes.  Recuerde que P = F/A. Tabule de tal forma que sistematice todos sus datos experimentales obtenidos y calculados.
2. Realice una gráfica de las presiones contra los volúmenes correspondientes.
3. Analizando la gráfica anterior, sus datos experimentales y de la observación de la misma práctica: ¿Cómo varía el volumen o la presión de una masa fija de gas cuando se hace variar uno de ellos, manteniendo la temperatura constante?
4. Calcule la cantidad de calor transferido en cada una de las compresiones, recuerde que la temperatura permaneció constante.
5.  ¿Cómo es el calor transferido en el sistema con respecto al trabajo termodinámico de acuerdo con la Primera Ley de la Termodinámica?

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REFERENCIAS

R. Chang.  Fisicoquímica con Aplicaciones a Sistemas Biológicos.

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MECANISMO DE EVALUACIÓN

Puntualidad y asistencia              50%

Reporte                                        50%