Física
Termodinámica
Introducción.
En el siguiente laboratorio, se tratará experimentalmente de demostrar la Primera Ley de la Termodinámica. La cual dice que la energía no se crea ni se destruye, sólo se transforma. La fórmula que utilizaremos será:
Q = W + U
Por lo que se intentará de encontrar el valor de la Energía Interna (U), con los valores experimentales del Trabajo (W) y el calor (Q).
Debemos decir que dejamos la Energía Interna como variable, debido a que esta no se puede medir en el sistema termodinámico.
Objetivo.
El objetivo de este laboratorio es medir el calor que se produce al aplicar una cierta cantidad de trabajo al sistema termodinámico, con el fin de encontrar la Energía Interna del Sistema.
Hipótesis.
Debemos decir que asumiremos este sistema termodinámico, como un sistema cerrado no fluente, lo cual implica que la Energía del Sistema de ecuación
E = K + U + Ep
K: Energía Cinética.
Ep: Energía Potencial.
U: Energía Interna.
La Energía Cinética y la Energía Potencial las asumimos cero.
Asumiremos trabajo inicial cero.
Equipos e instrumentación utilizados.
1-. Bombín.
2-. Manómetro.
3-. Termómetro Digital, con termocupla.
4-. Cronómetro.
Procedimiento.
1-. Medir el interior del bombín (diámetro y largo).
2-. Conectar a la manguera del bombín al manómetro.
3-. Medir la temperatura de la válvula salida del bombín.
4-. Bombear alrededor de unas 6 veces por cada 10 segundos, es decir 35 bombeadas por minuto (aproximadamente).
5-. Bombear alrededor de unas 7 veces por cada 10 segundos, es decir 36 bombeadas por minuto (aproximadamente).
6-. Bombear alrededor de unas 8 veces por cada 10 segundos, es decir 42 bombeadas por minuto (aproximadamente).
7-. Anotar los datos de los pasos 4-5-6.
8-. Confeccionar una tabla con los datos: Presión, Temperatura inicial y final, Volumen transportado, Trabajo realizado, Calor.
Esquema.
Anexo.
El calor específico del aire es de 0.24 Kcal/ Kg ºC
La densidad del aire es de 1.29 x 10-6 Kg/cm3
1 cal = 4.186 J = 4.186 N-m
-
Fórmulas:
1) Q = q x m x T
Q = W + U
3) W = P x V
m = x V
W: Variación de Trabajo
Q: Variación de Calor
U: Variación de la Energía Interna
m : Masa
P : Presión
: Densidad
q : Calor Específico
Datos y resultados.
Como no podemos medir la Energía Interna U, la dejaremos como variable a determinar.
| T (ºC) | V (cm3) | Presión (Kgf/cm2) | W (Kg-cm) | m (Kg) | Q (Kcal) |
| 3.5 | 13469.57 | 3 | 40408.7 | 0.017375 | 0.014595 |
| 7.8 | 15778.65 | 4 | 63114.6 | 0.020355 | 0.038105 |
| 8.9 | 17318.03 | 5.4 | 93517.4 | 0.022341 | 0.047721 |
Ahora bien, por la 1º Ley de la Termodinámica vemos la ecuación Nro. 2, la cual es aplicable para un sistema cerrado no fluente. Así tenemos la siguiente tabla.
| Q (Kcal) | Q (J) | W (Kgf-cm) | W (J) | U (J) |
| 0.014595 | 61.09467 | -40408.71 | -3960.055 | 4021.15 |
| 0.038105 | 159.5075 | -63114.6 | -6185.231 | 6344.74 |
| 0.047721 | 199.7601 | -93517.4 | -9164.705 | 9364.47 |
Discusión de los Resultados.
Vemos que a medida que la variación de trabajo crece, la variación de temperatura del sistema también aumenta, esto es debido a que existe una mayor cantidad de energía transformada.
A medida que aumentamos la cantidad de bombeadas de aire en el bombín, es decir aumentamos la cantidad de volumen transportado, la presión también crece.
Debemos decir que el signo menos de la variación de trabajo es por convención; es decir, como al Sistema Termodinámico se le aplica trabajo, este último lleva signo negativo.
Por la ecuación 2) de la 1º Ley de la Termodinámica para un sistema cerrado no fluente, a medida que se le aplica más trabajo al Sistema ya mencionado, es decir la variación de trabajo crece y la variación de calor también se eleva, la variación de la Energía Interna aumenta.
Conclusión.
De este laboratorio podemos concluir que, a pesar de los errores mínimos debido a la no consideración de algunos factores, el sistema que se expuso demostró el principio de la energía, la cual dice que `' la energía no se crea ni se destruye, solo se transforma `'. También demuestra la ecuación 2) del anexo la cual se cumple para un sistema cerrado no fluente.
Por lo tanto se demuestra, en forma práctica, la 1º Ley de la Termodinámica para un sistema termodinámico cerrado no fluente.
Recomendaciones.
Para tener una mayor exactitud en los datos, se deben tomar en cuenta otros factores que influyen en el sistema.
Mayor exactitud en la medición de la temperatura, presión, etc.
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| Enviado por: | Diesel |
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