Laboratorio De Máquinas Térmicas

Segunda Ley de la Termodinámica y Maquinas Térmicas

Objetivos:

Analizar el principio de funcionamiento de máquinas que operan mediante la conversión de energía calórica en otras formas de energía.

Introducción Teórica:

La segunda ley de la termodinámica nos dice que: “El calor no se transmite espontáneamente de un cuerpo frio a uno de mayor temperatura”, de este enunciado podemos ver que no es natural que el calor se transmita de un cuerpo mas frio a uno mas caliente, ya que generalmente ocurre al revés, de un cuerpo mas caliente a uno mas frio, por lo tanto para que se lleve calor de un cuerpo mas frio a uno caliente debe haber presencia de un trabajo. Eso es lo que principalmente nos dice la segunda ley de la termodinámica, pero de esta ley derivan enunciados relacionados a este principio, y todos estos están relacionados al funcionamiento de maquinas termodinámicas que funcionan a base de diferencias de temperaturas en distintos depósitos.

Por ejemplo, la maquina de Carnot, la cual nos dice en su enunciado lo siguiente: “Ninguna maquina térmica real que opera entre dos depósitos térmicos puede ser mas eficiente que una maquina de Carnot operando entre los mismos dos depósitos”, por lo tanto podemos ver que la maquina de Carnot es una maquina ideal con un 100%de eficiencia y que principalmente opera con la segunda ley de la termodinámica.

Pero existen otras maquinas térmicas que funcionan a base de esta ley las que operan desde el deposito caliente al frio y las que operan a la inversa como las bombas de calor y refrigeradores, y en las cuales existe la presencia de un trabajo para su funcionamiento ahora, en la actualidad podemos encontrar maquinas térmicas simples las cuales trabajan solo con diferencias de temperatura, aquí señalaremos algunas vistas en el laboratorio.

Maquina de Stirling

La maquina de Stirling es una maquina que funciona principalmente a base de la segunda ley de la termodinámica. Esta maquina funciona a base de diferencias de temperaturas, por ejemplo si en la base de la maquina en donde se encuentra la plumavit se hace una diferencia de temperatura la maquina comenzara a mover el embolo de abajo, y haciendo que la energía se transmita de tal forma que se mueva la rueda que esta en la parte superior. Ahora si en la parte superior de la base se coloca una temperatura mayor que en la inferior la maquina girara con un sentido, y si se hace al revés naturalmente debería girar hacia el sentido contrario. Principalmente esta maquina de Stirling cumple la función de transformar energía calórica en energía mecánica.

Termómetro del Amor

Este famoso termómetro del amor, también funciona como una maquina térmica al igual que la maquina de Stirling, pero con ciertas diferencias. Lo que provoca que el termómetro del amor funcione es principalmente las diferencias de temperaturas lo que provoca diferencias de presión en el gas al interior del recipiente, ya que estas variables termodinámicas no actúan sobre el liquido que esta adentro como mucha gente piensa sino que actúan sobre el gas. Esta maquina funciona cuando una persona toma por la parte inferior el termómetro y el liquido comienza a subir ya que la parte de abajo se encuentra a una mayor temperatura que la de arriba que idealmente esta a una temperatura ambiente, esto provoca diferencias de presión que finalmente es lo que permite que el liquido suba.

Pájaro Bebedor

La ultima de las maquinas vistas es el pájaro bebedor, este pájaro funciona al igual que las otras maquinas a base de la segunda ley, la única diferencia con las otras es que el ciclo que realiza el pájaro es prácticamente infinito hasta que se acabe el agua del recipiente. Es decir, este pájaro funciona a basa de diferencias de temperatura y por ende diferencias de presión lo que provoca que la parte inferior del pájaro esta a una temperatura mas alta que la superior, por lo tanto al darle un impulso el pájaro bebe de la fuente y su cabeza esta hecha por a una especie de esponja que absorbe el agua y lo reparte por toda su cabeza dejándola a una temperatura mas fría, esto provoca que el agua suba por la columna y suba hasta la cabeza haciendo que el pájaro vuelva a inclinarse y a beber agua nuevamente y así sucesivamente.

Por lo tanto, ahora en el laboratorio estudiaremos el comportamiento que tiene un gas en un ciclo cerrado en donde estudiaremos su variables termodinámicas, su eficiencia y el grado de desorden que alcanzan las partículas que lo componen (entropía).

Materiales:

 Aparato para estudio de las leyes de los gases y de la máquina de calor -

 Cilindro de aluminio con tapón -

 Vaso de precipitado ~1000 ml para hielo y agua -

 Termómetro Sensibilidad ± 1[ºC] ; Error ± 0,5[ºC]

 Sensor de baja presión Pasco Sensibilidad y Error ± 0,1 [kPa]

 Pie de metro Sensibilidad 0,00001 [m] ; Error 0,000005 [m]

 Masa de 100 [g] -

 Hervidor -

 Hielo y 1 cubeta para agua -

 Programa DataStudio e Interfaz -

Montaje:

Procedimiento Experimental:

1. Comenzamos por hervir agua y colocar el agua caliente en un recipiente y agua fría en otro, en la primera parte conectamos el sistema al medidor de presión y medimos las temperaturas en ambos recipientes.

2. Colocamos el cilindro de aluminio en el recipiente con agua fría y observamos el primer estado.

3. Luego al sistema le agregamos la masa de 100 gramos para aumentar la presión a una misma temperatura.

4. Después cambiamos el cilindro de aluminio al recipiente de agua fría a la misma presion.

5. Finalmente sacamos la masa del sistema para cambiar la presión a la misma temperatura.

6. Graficamos el ciclo y obtuvimos algunos cálculos.

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