Experimento equilibrio termico agua-hielo.

Experimento equilibrio térmico, hielo y agua

Fabio Andrés Toro Santos – c.c.1067952422

Universidad Nacional

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Contenido:

1. Marco Teórico

1. Ley cero de la termodinámica
2. Primera ley de la termodinámica
3. Segunda ley de la termodinámica

1. Experimento

1. Materiales
2. Procedimiento
3. Conclusión

1. Bibliografía

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1. Marco Teórico

1.  Ley cero de la termodinámica

La ley cero fue enunciada por primera vez por James Maxwell, y formulada a manera de ecuación por Ralph Fourer, esta ley fue propuesta luego de que se propusieran la primera, segunda y tercera ley de la termodinámica por lo que se le asignó el nombre de la ley 0. Establece que si un sistema 1 se encuentra en equilibrio térmico con un sistema 2 y este a su vez se encuentra en equilibrio térmico con un sistema 3, significa que los 3 sistemas se encuentran en equilibrio termodinámico por lo que también se le conoce como la ley el equilibrio térmico.

1.  Primera ley de la termodinámica

La primera ley de la termodinámica, resumida por la popular frase de que la energía no se crea ni se destruye solo se transforma, enmarcándolo en el contexto del montaje experimental, establece que en un sistema adiabático 2 subsistemas con distinta temperatura, la cantidad de calor entre los 2 subsistemas no cambia ya que al disminuir en uno aumenta en otro hasta que el calor se distribuye uniformemente por el sistema.

1.  Segunda ley de la termodinámica

Esta ley indica la dirección en que ocurren los flujos del calor, estos flujos siempre son en una sola dirección desde la parte más caliente hasta la parte más fría del sistema, aquí entra en juego el concepto de entropía el cual de manera cualitativa es el grado de desorden en un sistema, de manera cuantitativa es la parte de la energía que no puede utilizarse para producir trabajo, es decir la energía que se pierde en algún proceso mecánico en forma de calor. Para que se pueda distribuir de la menor manera posible el calor debe que fluir, y ciertamente el calor fluye hacia las zonas más frías en este experimento.

1. Experimento

Con este montaje experimental se busca observar el efecto de la diferencia de temperatura entre 2 sistemas para formar un sistema final homogéneo y la relación entre las diferencias de temperatura y el tiempo necesario para alcanzar la fase de equilibrio, en el caso del agua caliente, el sistema del vaso también alcanzará el equilibrio térmico con el tercer sistema el cual es el aire, en el sistema del agua al clima esta fase tomará menos tiempo por tener una temperatura final entre el hielo y el agua más cercana a la temperatura del aire que el otro sistema

1.  Materiales

• Agua caliente (75°C)
• Agua a temperatura ambiente (20°C)
• 2 Vasos transparentes de vidrio
• Colorante artificial
• Cubitera de hielo

1.  Procedimiento

•  Llenar la cubitera de hielo junto con 1 gota de colorante artificial y mezclarlo
• Congelar el recipiente lleno con un congelador por 3 horas
• Calentar agua hasta el punto de ebullición, durante el tiempo entre el calentamiento y la realización del experimento el agua se enfría unos 25°C aproximadamente
• Con los 2 vasos llenos de agua, uno con temperatura ambiente y el otro con temperatura insertar 1 cubo de hielo colorado en cada uno, primero en el de agua al clima y luego al agua caliente
• El tiempo tardado en derretirse el hielo completamente en el vaso de agua al clima (20°C) es de 6 minutos y medio y el tiempo tardado en que se derritiera el cubo de hielo completamente en el vaso de agua.

1.  Conclusión

En este experimento se observa que el cambio de estado en el hielo ocurre de manera más rápida en el agua hirviendo que en el agua al clima, el colorante ayuda a distinguir de mejor manera el hielo del agua, un efecto interesante que se puede notar es la rapidez con la que baja el colorante en el vaso de agua caliente de manera turbulenta, el hielo desaparece en cuestión de segundos y la masa que ocupaba su lugar desciende rápidamente por el vaso por las diferencias de temperatura en los 2 subsistemas. Se puede comprobar la ley cero de la termodinámica o la ley de equilibrio térmico, los 2 sistemas eventualmente alcanzarán el equilibrio térmico dependiendo de su masa y su temperatura.

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