Practica 3 Termodinamica

Objetivo: El alumno determinara con los datos obtenidos en el laboratorio el trabajo desarrollado en un proceso termodinámico.

Marco teórico.

Termodinámica.

La ciencia que explica y determina cuanta energía se puede extraer, y con qué frecuencia se llama termodinámica. Esta ciencia estudia la energía en sus diversas formas y explica por qué algunos tipos de energía son más fáciles de usar que otros.

La palabra termodinámica procede de las palabras del griego therme (calor) y dynamis (fuerza). Aunque varios aspectos de lo que ahora se conoce como termodinámica han sido de objeto de interés desde la antigüedad, el estudio formal de termodinámica empezó en los comienzos del siglo XIX a partir de las consideraciones sobre la potencia motriz del calor: la capacidad de los cuerpos calientes para producir trabajo. Hoy su alcance es mucho mayor, teniendo que ver en general, con la energía y con las relaciones entre las propiedades de la materia.

La termodinámica es tanto una rama de la física como una ciencia de la ingeniería. El científico esta normalmente interesado en alcanzar una compresión de los fundamentos del comportamiento físico y químico de la materia en reposo y en cantidades determinadas y utiliza los principios de la termodinámica para relacionar sus propiedades. Los ingenieros están interesados, en general, en estudiar los sistemas y como estos interactúan con su entorno; y para facilitar esta tarea extiende el objeto de la termodinámica al estudio de sistemas a través de los cuales fluye la materia.

La termodinámica es una de las ciencias fundamentales de la ingeniería, ha sido desarrollada tanto con métodos de observación empírica como de experimentación. Estos acontecimientos implican observar un acontecimiento físico, registrar los eventos y medir algunos de los cambios importantes que puedan haber sucedido durante el experimento. Las magnitudes básicas que se pueden medir son longitud (L), masa (m), tiempo (t) y fuerza (F); estas magnitudes se relacionan a través de la segunda ley del movimiento de newton, que suele escribirse como F= ma donde F es la fuerza que imparte la aceleración a a una masa m.

En este caso, consideraremos que la fuerza es una magnitud básica, que podemos medir en forma directa. Cuando se miden las magnitudes se determina un número. Por ejemplo, si desea conocer la longitud de su dedo índice, lo mide con una regla y determina un valor numérico que representa la longitud de su dedo. Ese número tiene una etiqueta, o unidad, asociada a él, de modo que pueda ser más preciso en la descripción de la longitud de su dedo. En la termodinámica usaremos dos sistemas de unidades para asociar las magnitudes básicas y otros términos: el Sistema Internacional (SI) y el Sistema Inglés.

Las unidades que se usan para las magnitudes básicas en esos dos sistemas aparecen en la tabla 1-1. La temperatura y la energía, cantidades derivadas de las magnitudes básicas, se incluyen en la tabla 1-1 como referencia.

La energía es un concepto fundamental de la termodinámica y uno de los aspectos más relevantes del análisis en ingeniería. La energía es un concepto familiar, y hemos oído mucho sobre ella. Una idea básica es que la energía puede almacenarse dentro de los sistemas en diversas formas macroscópicas. La energía también puede transformarse de una forma a otra y transferir entre sistemas. Para sistemas cerrados la energía se transfiere por medio de trabajo y calor. La cantidad total de energía se conserva en todas las transformaciones y transferencias.

Estado termodinámico.

El estado termodinámico de un sistema cerrado en equilibrio queda definido como tal mediante los valores de sus propiedades termodinámicas. De la observación de muchos sistemas termodinámicos se deduce que no todas sus propiedades son independientes una de otra, y que su estado puede determinarse de manera univoca mediante los valores de sus propiedades independientes. Los valores para el resto de las propiedades termodinámicas se determinan a partir de este subconjunto independiente. Se ha desarrollado una regla general conocida como el principio de estado que permitirá determinar el número de propiedades independientes necesarias para especificar el estado de un sistema.

Son de particular interés los sistemas de sustancias puras utilizados con frecuencia, tales como agua o mezclas uniformes gases no reactivos. Estos sistemas se clasifican como sistemas simples compresibles. Para sistemas simples comprensibles de sustancias puras, el principio de estado indica que el número de propiedades intensivas independientes es dos.

Sistema simple comprensible: como sugiere su nombre, las variaciones de volumen pueden tener una influencia significativa en la energía de un sistema comprensible. El único modo de transferencia de energía mediante trabajo que puede aparecer cuando este tipo de sistemas recorre un proceso cuasi estático está asociado con el cambio de volumen y viene dado por ∫▒〖p dV.〗

Material:

1 Vaso de precipitados de 250ml.

1 Termómetro.

1 Pinza para vaso.

1 Pinza universal.

1 Mechero, anillo y tela c/asbesto.

1 Jeringa de plástico graduada de 20ml.

1 Pesa de plomo grande.

Reactivos:

PDF= 585 mmHg.

760 mmHg =1.013x106 dinas/cm2.

m émbolo = 8g.

D int = 1.82cm.

1 cal = 41.3 atm*cm3.

Procedimiento.

Primera parte.

Monte la jeringa como se indica en la figura 1 (sin la pesa de plomo), anote el volumen inicial, a continuación ponga arriba del émbolo la pesa de plomo, presione ligeramente y anote el volumen final (V2), a continuación quite la pesa de plomo y anote el nuevo volumen.

Segunda parte.

...