Termodinámica

Química. Determinación del trabajo. Curva Presión-Volúmen. Aire. Calor. Materiales. Reactivos. Procedimiento. Resultados

  • Enviado por: Rinoa
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  • País: México México
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PRACTICA No. 1

DETERMINACIÓN DEL TRABAJO POR MEDIO DE UNA CURVA P-V

OBJETIVO

Determinar el trabajo que se realiza para comprimir una cierta cantidad de aire.

INTRODUCCIÓN

Para sistemas cerrados, el intercambio de energía sistema-entorno sólo puede ocurrir en dos formas: calor y trabajo.

El trabajo en termodinámica siempre representa un intercambio de energía entre un sistema y su entorno

Cuando un sistema sufre una transformación, este puede provocar cambios en su entorno. Si tales cambios implican el desplazamiento (variación) de las fuerzas que ejerce el entorno sobre el sistema, o más precisamente sobre la frontera entre el sistema y el entorno, entonces ha habido producción de trabajo. Dependiendo del origen físico de las fuerzas aplicadas al sistema se distinguen diferentes formas de trabajo realizado.

El trabajo tiene dimensiones de energía y representa un intercambio de energía entre el sistema y su entorno. Por convención se considera que el trabajo realizado por el sistema es positivo y el trabajo efectuado sobre el sistema es negativo.

En termodinámica, a menudo se encuentra trabajo efectuado por una fuerza distribuida sobre un área, por ejemplo, por una presión P que actúa a través de un volumen V, como en el caso de una presión de fluido ejercida sobre un pistón. En esta situación, el trabajo diferencial se expresa más convenientemente como

Donde P es la presión externa ejercida sobre el sistema y dv el cambio del volumen del gas. El signo menos indica que si el sistema realiza trabajo (incrementa su volumen) su energía interna disminuye, pero si se realiza trabajo sobre el sistema (disminuye su volumen) su energía interna aumenta.

Integrando obtenemos:

La ecuación anterior nos indica el trabajo total realizado cuando el sistema pasa del estado A cuyo volumen es VA al estado B cuyo volumen es VB.

MATERIALES Y REACTIVOS

  • 1 Manómetro

  • 1 Jeringa desechable

  • 10 mm de Mercurio

PROCEDIMIENTO

'Termodinámica'

  • Con la jeringa, agregue al tubo del manómetro 1 mm de mercurio para lograr tener las dos ramas del manómetro con el mismo nivel de mercurio. En la rama del tubo que esta cerrada tenemos aire confinado, medir el volumen inicial cuando las dos ramas están en el mismo nivel, o sea cuando la presión manométrica es igual a cero.

  • Agregue 0.5 mm de mercurio y medir la presión manométrica.

  • Efectué ocho mediciones mas, midiendo los cambios de volumen y presión.

  • RESULTADOS

    Los resultados obtenidos en la práctica se presentan a continuación, en la tabla anexa:

    No.

    Hg (mm)

    P man (mm)

    P abs (mm)

    Altura (cm)

    Volumen (cm3)

    1

    1.0

    0

    585

    25.0

    4.90

    2

    1.5

    10

    590

    25.0

    4.90

    3

    2.0

    32

    617

    24.5

    4.80

    4

    2.5

    52

    637

    23.0

    4.51

    5

    3.0

    73

    658

    22.0

    4.31

    6

    3.5

    94

    679

    21.5

    4.21

    7

    4.0

    115

    700

    20.0

    3.93

    8

    4.5

    140

    725

    19.3

    3.88

    Nota: para calcular el volumen, se considero la formula del cilindro, en la que se tomo el radio del tubo que contiene el mercurio y la altura ascendida por la columna de mercurio en cada prueba.

    ANÁLISIS DE RESULTADOS

    Al realizar la practica lo que se puede concluir es que a menor altura, mayor será la presión.

    PREGUNTAS

  • ¿Que es una función de estado y una de línea?

  • Las magnitudes termodinámicas se pueden dividir en dos categorías: Funciones de estado y funciones de proceso. Todas las propiedades son funciones de estado, dado que el cambio del valor de una propiedad solo depende de los valores de la propiedad de los estados inicial y final, y no del camino del proceso. Las magnitudes cuyos valores dependen del camino del proceso se llaman funciones de camino o de proceso.

  • Define que es el trabajo

  • El producto de una fuerza aplicada sobre un cuerpo y del desplazamiento del cuerpo en la dirección de esta fuerza. Mientras se realiza trabajo sobre el cuerpo, se produce una transferencia de energía al mismo, por lo que puede decirse que el trabajo es energía en movimiento. Las unidades de trabajo son las mismas que las de energía.

  • ¿Es el trabajo una función de estado?

  • No, ya que este no es una propiedad del sistema.

  • Definir: Trabajo mecánico, gravitacional, eléctrico, de tensión superficial, de aceleración, de eje y de resorte.

  • Trabajo gravitacional: La gravedad se refiere a la fuerza ejercida entre la Tierra y los objetos situados en su superficie o cerca de ella. Por ello, cuando se levanta un objeto desde el suelo hasta la superficie de una mesa, por ejemplo, se realiza trabajo al tener que vencer la fuerza de la gravedad, dirigida hacia abajo; la energía comunicada al cuerpo por este trabajo aumenta su energía potencial.

    Trabajo de aceleración: es la variación de la velocidad de un objeto por unidad de tiempo. La velocidad se define como vector, es decir, tiene módulo (magnitud), dirección y sentido. De ello se deduce que un objeto se acelera si cambia su celeridad (la magnitud de la velocidad), su dirección de movimiento, o ambas cosas. Si se suelta un objeto y se deja caer libremente, resulta acelerado hacia abajo. Si se ata un objeto a una cuerda y se le hace girar en círculo por encima de la cabeza con celeridad constante, el objeto también experimenta una aceleración uniforme; en este caso, la aceleración tiene la misma dirección que la cuerda y está dirigida hacia la mano de la persona.

    Trabajo de tensión superficial. La tensión es el resultado de las fuerzas moleculares, que ejercen una atracción no compensada hacia el interior del líquido sobre las moléculas individuales de la superficie; esto se refleja en la considerable curvatura en los bordes donde el líquido está en contacto con la pared del recipiente. Concretamente, la tensión superficial es la fuerza por unidad de longitud de cualquier línea recta de la superficie líquida que las capas superficiales situadas en los lados opuestos de la línea ejercen una sobre otra.

    También se realiza trabajo cuando una fuerza aumenta la velocidad de un cuerpo, como ocurre por ejemplo en la aceleración de un avión por el empuje de sus reactores. La fuerza puede no ser mecánica, como ocurre en el levantamiento de un cuerpo o en la aceleración de un avión de reacción; también puede ser una fuerza electrostática, electrodinámica o de tensión superficial Electricidad).

    Por otra parte, si una fuerza constante no produce movimiento, no se realiza trabajo. Por ejemplo, el sostener un libro con el brazo extendido no implica trabajo alguno sobre el libro, independientemente del esfuerzo necesario. Un objeto sólo se acelera si se le aplica una fuerza.

  • Con los datos obtenidos tabular y construir una curva presión-volumen

  • Deducir una expresión matemática del trabajo para un proceso isotérmico.

  • De la ecuación general del estado gaseoso: 'Termodinámica'
    y de 'Termodinámica'
    , considerando que la temperatura es constante y que la presión y el volumen son variables :

    'Termodinámica'
    ; 'Termodinámica'
    ; 'Termodinámica'

  • ¿Cuáles son las unidades de trabajo?

  • Las unidades de trabajo son: 1'Termodinámica'

    'Termodinámica'

  • ¿Cuáles son las unidades de fuerza-presión?

  • Un kilogramo fuerza. Es aquella fuerza que aplicada a la masa de un kilogramo le produce una aceleración de 9.81'Termodinámica'
    , es decir, 'Termodinámica'
    'Termodinámica'

    Un Newton. Es la fuerza que aplicada a la masa de un kilogramo le produce una aceleración de 'Termodinámica'
    es decir  1Newton= 'Termodinámica'
    ;  por lo que 'Termodinámica'

    Un gramo fuerza . Es la fuerza que aplicada a la masa de un gramo le produce una aceleración de 981'Termodinámica'
    por lo que 'Termodinámica'

    Una DINA. Es la fuerza que aplicada a la masa de un gramo se produce una aceleración de'Termodinámica'
    , es decir, 1 dina='Termodinámica'
    ; y se tiene que 'Termodinámica'

    Una libra fuerza. También llamada Pound, es la fuerza que aplicada a la masa de una libra le produce una aceleración de 32.2'Termodinámica'
    ; por lo que 'Termodinámica'
    , o sea que 1pound = 32.2'Termodinámica'

  • ¿Qué es la presión?

  • Es la fuerza por unidad de superficie que ejerce un líquido o un gas perpendicularmente a dicha superficie. La presión suele medirse en atmósferas (atm); en el Sistema Internacional de unidades (SI), la presión se expresa en newtons por metro cuadrado; un newton por metro cuadrado es un pascal (Pa). La atmósfera se define como 101.325 Pa, y equivale a 760 mm de mercurio en un barómetro convencional.

  • Bibliografía

    • Wark, Kenneth.

    Termodinámica.

    Sexta edición

    Mc Graw Hill

    • Smith, Van Ness

    Introducción a la termodinámica

    Sexta edición

    Mc Graw Hill

    • Black, William

    Termodinámica

    Sexta edición

    CECSA

    'Termodinámica'