Primera y Segunda Ley de la Termodinámica

Física. Química. Entalpía. Termodinámica. Variación de entropía. Calorímetro

  • Enviado por: Federico Hasbach Melchor
  • Idioma: castellano
  • País: España España
  • 13 páginas
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PRACTICA # 3

APLICACIÓN DE LA PRIMERA Y SEGUNDA LEY DE LA

TERMODINAMICA.

OBJETIVOS:

Aplicar la primera ley de la termodinámica calculando el calor que se transfiere de los alrededores al sistema y en base a ello determinar si es factible considerar al calorímetro empleado en la experimentación como adiabatico.

Calcular el cambio de entropía total.

Interpretar la variación de entropía total obtenida de acuerdo ala segunda ley de la termodinámica.

CONSIDERACIONES TEORICAS

La primera ley para un sistema termodinámico contenido en un recipiente de paredes adiabaticas que sufre un proceso mediante el cual intercambia con los alrededores una cantidad de trabajo W, el cambio de su energía interna U es igual a dicha cantidad de trabajo esto es:

"U=W

Esta ecuación y por tanto esta primera ley, establece la existencia de la variable de energía interna U.

Para aquellos procesos donde no se cumpla la ecuación antes mencionada es necesario, si no se quiere descartar el principio de la conservación de la energía, admitir la existencia de otros modos no mecánicos atravez de los cuales pueda un sistema intercambiar energía con sus alrededores.

De manera entonces, que si en un sistema térmicamente aislado se efectúa un proceso en el cual el sistema absorbe una cantidad de trabajo de sus alrededores esto es:

"U-W=0

Sin embargo, si el mismo proceso ocurre cuando el proceso no es adiabatico, en general el miembro derecho es diferente de cero porque puede intercambiarse de tal forma que:

"U-W = Q

Donde Q es el calor que esta expresado en unidades de energía, vemos entonces que la ecuación no es mas que la definición termodinámica de calor.

Físicamente Q representa la energía absorbida o cedida por el sistema en forma de calor en tanto que W es el trabajo de los alrededores que reciben o ceden del sistema.

SEGUNDA LEY DE LA TERMODINAMICA

En el curso de los años se han realizado muchos enunciados de la segunda ley y en realidad el principiante obtiene considerablemente mas información apartir de un cierto numero de enunciados que de cualquier otro. La segunda ley lo mismo que la primera es un resultado de la experiencia, y se descubrimiento y refinamiento lógico, empezó con el trabajo de Carnot. Algunos enunciados significativos son:

Es imposible que una maquina que actúa por si misma sin ayuda de un agente exterior, haga pasar calor desde un cuerpo a cierta temperatura hasta otro a una temperatura superior.

Es imposible construir una maquina termodinámica que, cuando opere según cierto ciclo, no produzca mas efectos que efectuar trabajo e intercambiar calor con un solo deposito térmico.

Todos los procesos espontáneos dan por resultado un estado mas probable.

DESARROLLO EXPERIMENTAL

1.-Nos brindo una breve explicación sobre los cálculos y lo que tenaimos que hacer experimentalmente.

2.- Nos proporciono el siguiente material un termómetro, un calorímetro cenco, un matraz , y una pequeña porción de hielo.

3.- Llenamos el matraz con agua hasta un volumen 160ml.

4.-Posrteriormente ese volumen de agua lo pasamos al calorímetro y tomamos su temperatura.

5.-Le agregamos la masa de hielo y posteriormente lo agitamos hasta que este se disolviera.

6.- Medimos su temperatura y después el volumen lo regresamos al matraz.

7.- Por diferencia sacamos la masa del hielo que se nos había proporcionado.

8.- Enjuagamos el material utilizado y lo entregamos.

ESQUEMA DEL EQUIPO UTILIZADO

'Primera y Segunda Ley de la Termodinámica'

TERMÓMETRO PROBETA

CALORIMETRO

DESCRIPCION DE LA EXPERIMENTACIÓN

1.- En primer lugar se midió un volumen inicial de agua de 160 mililitros.

2.- Se tomo la temperatura ambiente en esos momentos del laboratorio.

3.- Se tomo la temperatura del agua.

4.- El volumen inicial de agua se paso al calorímetro y después de dos minutos se tomo nuevamente la temperatura.

5.-Se le agrego una masa de hielo desconocida.

6.- Se movió hasta disolverlo y después se tomo la temperatura.

7.- El volumen se paso nuevamente ala probeta para después tomar su temperatura.

8.- Por diferencia se conoce la masa del hielo utilizada en la experimentación.

TABLA DE DATOS EXPERIMENTALES

TEMPERATURA AMBIENTE

28°C

VOLUMEN INICIAL DE AGUA

160ml

TEMPERATURA PROBETA 1

26.5°C

TEMPERATURA INICIAL

26.5°C

TEMPERATURA FINAL

14.5°C

VOLUMEN FINAL

182ml

TEMPERATURA PROBETA 2

16°C

TABLA DE ECUACIONES

CALCULO DE

FORMULA

UNIDADES

MASA DE AGUA

DENSIDAD(VOLUMEN)

Gramos

CP AGUA

A+BT+CT²+DT²

J/MOL K

CALOR DEL AGUA

MAGUA(CP)(tf-ti)

Joules

CALOR CALORIMETRO

K(Tf - Ti)

Calorias

MASA FINAL

DENSIDAD(VOLUMEN)

Gramos

MASA DEL HIELO

Masa F- Masa de agua

Gramos

CALOR DE FUSION

M hielo( biblio)

Joules

CALCULO Qs

M agua(CP)(tf-0)

Joules

CALOR TOTAL

Qagua+Qc+Qf+Qs

Joules

CALCULO DE "ST

"Ssist+"Salre

J/K

"S DEL AGUA

M(CP)Ln Tf/Ti

J/K

"Sc

K Ln Tf/Ti

J/K

"Sf

QF/273.15

J/K

"Ss

Mhielo(cp)Ln Tf/273.1

J/K

"S SISTEMA

"s+"Sc+"Sf+"S+"Ss

J/K

"S ALREDEDORES

-Q/ T ambiente

J/K

"S TOTAL

"S SIST+"S ALREDE

J/K

CALCULOS

CALOR DEL AGUA

Densidad del agua a temperatura probeta 1 =.996649 g/cm³

Masa del agua = .996649 g/cm³(160 cm³)

Masa del agua = 159.4638 gramos

Tp= 26.5°C+14.5°C = 20.5°C =293.65K

2

CP/R= [8.712+1.25X10³(293.65)+(-0.18X106)(293.65)²]

CP = [8.712+0.3670-.01552] 8.314

CP= 75.353 J/MOL K

75.353 J/MOL K 1JOULE .

.239006 CAL = 1 cal/g k

18 g/MOL

Q agua = 159.4638 g(1cal/g k)(287.65k-299.65k)

Q agua = -1913.56 cal

Calor del Calorímetro

K= 12 cal/°C

Qc= 12 cal/°C(14.5°C-26.5°C) =-144 CAL

l

CALCULO DE Qf

Densidad del agua a temperatura probeta 2= .998943 g/cm³

Masa final = .998943 g/cm³(182 cm³) =181.8076gramos

Masa del hielo = 181.8076- 159.4638 = 22.3438 gramos de hielo

Qf=22.3438 g (6000j/mol) = 7447.92 joules

18g/mol

7447.92 j 1 joule = 1782 cal

.239006 cal

CALCULOL DE QS

CP= [8.712+1.25 X103(143.825)+(-0.18X10-6)(143.825)²] 8.314

CP= 73.925 J/MOL C =.98 CAL/G C

Qs = 22.3438g(.98cal/g C)(14.5C-0)

Qs =306.55 CAL

CALOR TOTAL

Qt = -1913.56+(-144)+1782 +306.55= 31 CALORIAS

CALCULO DE LA VARIACIÓN DE ENTROPIA

"S DEL AGUA =159.4638g( 1 cal/g k)(Ln 287.65k/299.65k)

"S del agua =-6.51 cal/k

"S DEL CALORÍMETRO

"S c = 12 CAL/K (Ln 287.65k/299.65k) = -.490 cal

"S DE FUSION

"S f =1782 cal/273.15k =6.52 cal/k

"S s = 22.3438g(.98 cal/g k)(Ln 287.65k/273.15k)

"S s =1.132 g/k

"S SISTEMA

"S S=-6.51-.490+6.52+1.132=0.652 cal /K

"S ALREDEDORES= -31CAL/301.15K=-0.10CAL/K

"S TOTAL =0.652 cal/k-0.10 cal/k

"S TOTAL =.552 cal/K

TABLA DE RESULTADOS

CALCULO DE

RESULTADO

UNIDADES

CP DEL AGUA

1

cal/g K

CALOR DEL AGUA

-1913.56

Calorías

CALOR CALORÍMETRO

-144

Calorías

CALOR DE FUSION

1782

Calorías

QS

306.55

Calorías

CALOR TOTAL

15529.71

Calorías

"S DEL AGUA

-6.51

Cal/K

"S CALORÍMETRO

-.490

Cal/K

"S DE FUSION

6.52

Cal/K

"S S

1.132

Cal/K

"S SISTEMA

0.652

Cal/K

"S ALREDEDORES

-0.10

Cal/K

"S TOTAL

0.54

Cal/k

INTERPRETACION DE LA VARIACIÓN DE ENTROPÍA CON RELACIÓN ALA SEGUNDA LEY DE LA TERMODINAMICA

Si delta s es mayor o igual acero el proceso es reversible y si es diferente la desigualdad se les llama irreversible y en este caso es irreversible.

ANALISIS DE RESULTADOS

En los resultados mostrados con anterioridad se pudo observar que el agua fue la que más perdió calor y me imagino que fue por que entraron en contacto el agua con el hielo que es totalmente lo contrario con el calor sensible del hielo ya que este gano demasiado por que pasar de cero grados hasta una temperatura de 16 grados fue bastante ganancia y es la que perdió el agua y con respecto ala variación de entropía yo pienso que es reversible por que aunque la temperatura halla bajado en el sistema después de un rato vuelve a la temperatura inicial por que este sistema va absorber calor del ambiente y hasta que no logre estar ala misma temperatura que la del ambiente el sistema va a estar ganando calor y en al ambiente la perdida de calor va a ser despreciable.

CONCLUSION

A la conclusión ala que llegue es que esta practica es muy parecida ala anterior ya que se siguieron los mismos pasos y los mismos cálculos únicamente variando con los cálculos de la entropía y esto me sirvió mucho para ver que tanto ganaron y perdieron calor los sistemas involucrados además de empezar a conocer como se comportan algunos sistemas en el medio.

RECOMENDACIONES DE LA PRACTICA

La única recomendación que haría seria que nos proporcionara un aproximado del resultado por que así no sabemos con seguridad si realizamos los cálculos correctamente o no.

BIBLIOGRAFIA

Química

Raymond Chang

Mc Graw Hill

1998

Manual del Ingeniero Quimico

PERRY

Enciclopédia Tematica Encarta

Microsoft

1999

1

'Primera y Segunda Ley de la Termodinámica'

'Primera y Segunda Ley de la Termodinámica'

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