Cambio de entropía de un sistema aislado

UNIVERSIDAD CENTRAL

CAMBIO DE ENTROPÍA DE UN SISTEMA AISLADO

Bogotá D.C, Mayo 9 de 2013

Introducción

La entropía está relacionada con la aleatoriedad del movimiento molecular (energía térmica), en un sistema no decrece si no hay cierta interacción externa. Es de recalcar que la Entropía del Universo aumenta en todos los procesos reales.

Al transferir energía térmica es posible reducir la entropía de un cuerpo. Si esta transferencia de energía es reversible, la energía total permanece constante, y si es irreversible la entropía aumenta. De igual forma, el cambio en entropía durante un proceso solo depende de los puntos extremos, no de la trayectoria a seguir del mismo.

Objetivos

Determinar la variación térmica en un sistema que se encuentra caliente y se le agrega otro frio, en el transcurso del tiempo.

Aplicar las leyes de la termodinámica a un proceso de equilibrio térmico.

Marco Teórico

Todos los procesos reales son irreversibles. Se producen a una velocidad con diferencias finitas de temperatura y de presión entre las diferentes partes de un sistema o entre un sistema y el medio ambiente. Cuando se mezcla un vaso de agua caliente con uno de agua fría, el calor entregado por el agua caliente es igual al recibido por el agua fría, sin embargo la entropía del agua caliente disminuye y la del agua fría aumenta; pero el aumento es mayor que la disminución por lo que la entropía total del sistema aumenta. ¿De dónde ha salido esta entropía adicional? La respuesta es que ha sido creada durante el proceso de mezcla. Por otra parte, una vez que fue creada, la entropía no puede ser destruida.

“La energía no puede ser creada ni destruida”, nos dice el primer principio de la termodinámica. “La entropía no puede ser destruida, pero puede ser creada”, nos dice el segundo principio.

Para calcular la variación de entropía ΔS de un proceso irreversible entre dos estados de equilibrio, imaginamos un proceso reversible entre el estado inicial A y el estado final B y calculamos para este proceso

ΔS= ∫ A B dQ T

De igual forma, para determinar la Entropía total de un sistema se deben sumar cada una de las entropías de dicho sistema; para el caso de un calorímetro adiabático, donde se tiene una mezcla de agua fría y caliente, el cambio de dicha entropía está dado por

∆S= ∆S H20 caliente+∆SH20 fria+∆Scal

El cambio de entropía de una sustancia incompresible a presión constante, debido a un cambio de temperatura, está dado por para cada parte del sistema i:

dSi=MiCpiLn Tf/Ti

Como veremos en los ejemplos, la variación de entropía ΔS es siempre positiva para el sistema y sus alrededores en un proceso irreversible.

La entropía de un sistema aislado que experimenta un cambio siempre se incrementa. En un proceso reversible la entropía del sistema aislado permanece constante.

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Procedimiento

Montaje de equipo

Se realizó el procedimiento para dos prácticas, en las cuales, se tuvo en cuenta el peso del calorímetro, el peso del vaso vació, luego con agua fría y caliente. Se llevó el vaso con 75 ml de agua aproximadamente a la planchapara calentarla y llevarla a 50 °C. Luego la misma se depositó en el calorímetro y se tomó la temperatura a la cual se estabilizaba esta. Adicional a ello, se agregó una medida aproximadamente igual de agua a temperatura ambiente al calorímetro y allí se tomó la temperatura que dio como resultado de esta mezcla, luego se procedo a cerrar el calorímetro y tomar la temperatura del mismo cada 30 segundos, hasta que la misma llegara a estado de equilibrio. (Ver fotos anexas)

Datos tomados

PROCESO PRÁCTICA UNO PRÁCTICA DOS

Masa Calorímetro (g) 100,86 100,78

Masa vaso vacío (g) 43,37 47,22

Masa vaso con 75ML H2O (g) 118,78 117,03

Masa H2o (g) 71,41 69,81

°C Termopar H2O a 50°C Plancha (°C) 48,4 49,03

°C Termopar H2O a 50°C Plancha + H2O temperatura ambiente (°C) 36,9 35,4

Temperatura cada 30 segundos (°C) 36,2 35

Temperatura cada 30 segundos (°C)

36,1 34,9

35,9 34,8

35,8 34,8

35,7 34,6

35,7 34,6

35,6 34,5

35,5 34,5

35,4 34,5

35,3 34,4

35,3 34,4

35,2 34,4

35,1 34,3

35,1 34,3

35,1 34,2

34,2

34,1

Cálculos:

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