Reporte de práctica 4 “LEY CERO DE LA TERMODINÁMICA”

[pic 1]Universidad de Guanajuato

Materia: Laboratorio de Termodinámica y Electromagnetismo

M.I.Q. Heriberto Alcocer García

Licenciatura: Ingeniería Civil

Reporte de práctica 4 “LEY CERO DE LA TERMODINÁMICA”

Equipo 5:

• José Paulo Cortez Alaníz 
• Juan Manuel Ibarra Gutiérrez
• Jennifer Guadalupe Matehuala López
• José Carlos Paniagua Contreras
• Manuel Alejandro Reyes Hernández

Grupo: 401C

Fecha de entrega:  08 de marzo de 2022.

INTRODUCCIÓN

La termodinámica es la rama de la física que estudia los efectos de los cambios de temperatura, presión y volumen de un sistema físico (un material, un líquido, un conjunto de cuerpos, etc.), a un nivel macroscópico. La raíz "termo" significa calor y dinámica se refiere al movimiento, por lo que la termodinámica estudia el movimiento del calor en un cuerpo. La materia está compuesta por diferentes partículas que se mueven de manera desordenada. La termodinámica estudia este movimiento desordenado.

Un sistema termodinámico se caracteriza por sus propiedades, relacionadas entre sí mediante las ecuaciones de estado. Estas se pueden combinar para expresar la energía interna y los potenciales termodinámicos, útiles para determinar las condiciones de equilibrio entre sistemas, los procesos espontáneos y el intercambio de energía con su entorno.

La ley cero de la termodinámica establece que "si dos sistemas que están en equilibrio térmico con un tercer sistema también están en equilibrio entre sí". También se la conoce como principio cero de la termodinámica. Por tanto, el equilibrio térmico es transitivo.

Si A está en equilibrio con B y A también está en equilibrio térmico con un tercer cuerpo C, podemos concluir que B está en equilibrio térmico con C. Dos cuerpos están en equilibrio térmico cuando, al ponerse en contacto, sus variables de estado no cambian. Si no están en equilibrio térmico, experimentarán un intercambio de calor o energía y alcanzarán el equilibrio térmico.

La ley cero fue la última de las leyes de la termodinámica a ser introducida. Para obtener una estructura lógica, era necesario colocarla antes de las otras leyes.

La temperatura es una magnitud referida a las nociones comunes de calor o frío, por lo general un objeto más "caliente" tendrá una temperatura mayor. Físicamente es una magnitud escalar dada por una función creciente del grado de agitación de las partículas de los materiales. A mayor agitación, mayor temperatura.

La medición de la temperatura está relacionada con la noción de frío (menor temperatura) y de calor (mayor temperatura), que se puede percibir de manera instintiva. Existen distintos tipos de escalas para medir la temperatura. Las más comunes son: escala Celsius, Fahrenheit y Kelvin.

Escala Celsius (°C). 

La escala Celsius fue inventada en 1742 por el astrónomo sueco Andrés Celsius. Esta escala divide el rango entre las temperaturas de congelación y de ebullición del agua en 100 partes iguales. Usted encontrará a veces esta escalada identificada como escala centígrada. Las temperaturas en la escala Celsius son conocidas como grados Celsius (ºC).

Para convertir de ºC a ºF use la fórmula: ºF = ºC x 1.8 + 32

Para convertir de ºC a K use la fórmula: K = ºC + 273.15

Escala Fahrenheit (°F).

La escala Fahrenheit fue establecida por el físico holandés-alemán Gabriel Daniel Fahrenheit, en 1724. Aun cuando muchos países están usando ya la escala Celsius, la escala Fahrenheit es ampliamente usada en los Estados Unidos. Esta escala divide la diferencia entre los puntos de fusión y de ebullición del agua en 180 intervalos iguales. Las temperaturas en la escala Fahrenheit son conocidas como grados Fahrenheit (ºF).

Para convertir de ºF a ºC use la fórmula: ºC = (ºF-32) ÷ 1.8

Para convertir de ºF a K use la fórmula: K = 5/9 (ºF – 32) + 273.15

Escala de Kelvin (K).

La escala de Kelvin lleva el nombre de William Thompson Kelvin, un físico británico que la construyó en 1848. Prolonga la escala Celsius hasta el cero absoluto, una temperatura hipotética caracterizada por una ausencia completa de energía calórica. Las temperaturas en esta escalada son llamadas Kelvins (K).

Para convertir de K a ºF use la fórmula: ºF = 1.8(K – 273.15) + 32

Para convertir de K a ºC use la fórmula: ºC = K – 273.15

OBJETIVOS

• Interpretar la Ley Cero de la Termodinámica en calorímetros.
• Visualizar la aplicación de la Ley Cero de la Termodinámica en la propuesta de una nueva escala de temperatura.
• Comprender y relacionar la escala establecida en Celsius (°C) y la nueva, grados estudiante (°E).

MATERIAL

• Calorímetro
• Termómetro de mercurio (-10ºC a 260 ºC)
• Probeta
• Agitador magnético
• Parrilla eléctrica
• Soporte Universal
• Cinta adhesiva
• Cinta métrica

SUSTANCIAS

• Agua destilada.

DESARROLLO EXPERIMENTAL 

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OBSERVACIONES EXPERIMENTALES

Durante este desarrollo, logramos observar desde un inicio diversas cosas. Para empezar, sería una práctica de mucha coordinación en equipo debido a que se realizarían diversas pruebas que involucraría agua a temperatura ambiente. Por lo que se decidió asignar a un integrante para que fuera calentando ciertas cantidades de aguan en un vaso de precipitado situado en una parrilla eléctrica como se muestra en la imagen.[pic 3]

Se comenzaba por tomar 2 distintas temperaturas desde 2 vasos de precipitados una caliente y una a temperatura ambiente. Se procedió a realizar las tomas de temperatura de la tabla donde se mezclaban diferentes cantidades de agua tanto a temperatura ambiente como a temperatura en su punto de ebullición. Para esto siempre se tomaron las medidas necesarias usando guantes para retirar el vaso de la parrilla eléctrica. [pic 4][pic 5][pic 6]

Básicamente asignamos a un compañero para que vaciara en las cantidades exactas de agua tanto ambiente como en ebullición en el calorimetro, usando el trapo y una probeta para medir con exactitud la cantidad de mililitros; otro compañero cuidaba que siempre tuviéramos agua caliente para no demorar; otro compañero se encargaba de tomar las evidencias de cada momento desde que se vaciaba el agua a la probeta hasta la toma de temperatura de la mezcla. [pic 7]

Otro compañero se encargó de tomar la temperatura ya mezclada en el calorímetro, de ir a vaciar el agua mezclada y traer nueva a temperatura ambiente; otra compañera registraba todas las temperaturas de las mezclas en la tabla además de registrar la distancia avanzada en la cinta del termómetro.

Al comienzo medimos la temperatura inicial de la temperatura No.1 con agua fría en vez de agua a temperatura ambiente por lo que al final de la practica tuvimos que repetir esa prueba, ya que las otras 9 si se realizaron temperatura ambiente y analizamos que eso afetaria nuestros resultados. Ya a la mitad de la practica cuando ya llevábamos pruebas tomadas en nuestra tabla, nuestro profesor se acerco a indicarnos que debíamos ir registrando las temperaturas en la cinta masking previamente pegada al termómetro; por suerte como dijo el “No esta todo perdido” únicamente tomamos los datos de la tabla y los registramos en la cinta. A partir de ese momento fuimos registrando la distancia que se recorría entre cada temperatura tomada. En las siguientes imágenes se pueden apreciar distintas tomas de temperatura tanto de los volúmenes iniciales como los respectivos a la tabla de mezclas.[pic 8][pic 9][pic 10][pic 11][pic 12][pic 13][pic 14][pic 15]

RESULTADOS

• Calcular los calores ganados y perdidos en cada prueba

Los calores ganados y perdido se calculan con la relación Q= mc(Tf-Ti) siendo Qp calor perdido y Qg calor ganado igualando esto sabremos los resultados Qp = Qg.

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Nota: Solo se desarrollará el ejemplo de la primera mezcla los demás se calcularán y se reportarán en una tabla. Sabiendo que 1g = 1ml

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Obteniendo así el calor perdido y ganado

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