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UNIVERSIDAD JOSEUNIVERSIDAD JOSE CARLOSCARLOS

MARIATEGUIMARIATEGUI

CARRERACARRERA PROFESIONAL DE PROFESIONAL DE

INGENIERIAINGENIERIA AGROINDUSTRIALAGROINDUSTRIAL

LEY CERO DE LA TERMODINAMICA

Ing. Erik E. Allcca Alca

MOQUEGUA – PERÚ

2012

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GUIA DEGUIA DE LABORATORLABORATOR

IOIO

DOCEDOCENTENTE

Primera EdiciónUniversidad José Carlos MariáteguiFacultad de Ingeniería C.P. de Ingeniería Agroindustrial

Moquegua – Perú 2014

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PRACTICA Nº 01

MEDICION DE TEMPERATURA

I. INTRODUCCIÓN.

I.1. Temperatura

Definir la temperatura no es una cosa sencilla, frecuentemente se dice que la

temperatura es una propiedad termodinámica intensiva que ayuda a clasificar a los

sistemas como calientes o fríos. Esta forma de definir a esta propiedad en ocasiones es

confusa y ambigua. Sin embargo, podemos decir que la temperatura es la propiedad

termodinámica que se encuentra asociada al equilibrio térmico, o bien, es la

propiedad que establece cuando dos o más sistemas que interaccionan entre sí, se

encuentra en un estado térmico de equilibrio.

I.2. Equilibrio Térmico.

El equilibrio térmico se presenta cuando dos sistemas, uno a mayor temperatura

que el otro, se ponen en contacto; en el sistema de mayor temperatura, al transcurrir el

tiempo, su temperatura disminuye y por el contrario, el sistema que inicialmente tenía baja

temperatura, aumenta, de tal manera que la diferencia de temperaturas disminuirá. Si

ambos sistemas se encontraran aislados del entorno y únicamente se presenta la

interacción entre ellos, la diferencia en el valor de sus propiedades disminuirá de tal

manera que ambos lleguen a las mismas condiciones, y por tanto a la misma temperatura,

en este momento los sistemas se encuentran en Equilibrio Térmico.

I.3. Ley Cero de la Termodinámica.

Esta ley establece que si un sistema “A” se encuentra en equilibrio térmico con un

sistema “B” y si a su vez el sistema “B” se encuentra en equilibrio con un sistema

“C”, forzosamente los tres sistemas se encuentran en equilibrio térmico entre sí, cmo se

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muestra en la Figura 01.

Figura 01: Equilibrio térmico por lectura de termómetro.

I.4. Termómetros

Para conocer la temperatura de un sistema termodinámico se utilizan los

instrumentos conocidos como termómetros y cada uno de éstos tiene su principio de

operación, comercialmente podemos encontrar los siguientes:

● Termómetro de bulbo con mercurio

● Termómetro Bimetálico. Termopar.

● Termómetro de gas a presión constante

● Pirómetro de radiación.

Existen diferentes propiedades de las sustancias que se encuentran asociadas a la

propiedad termodinámica llamada “Temperatura”, como son: longitud, volumen,

resistividad eléctrica, etc., esto significa que al modificar alguna sustancia su temperatura,

modificará también las propiedades mencionadas; bajo este principio es como operan los

termómetros.

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I.5. Escalas de temperatura:

Existen escalas utilizadas tanto en el sistema internacional como en el sitema ingles

los cuales son:

● Escala Celsio (°C)

● Escala Fahrenheit (°F)

● Escala Kelvin (K)

● Escala Rankine (°R)

II. OBJETIVOS

II.1. Objetivo general.

● Comprender el fundamento termodinámico de la medición de la temperatura

II.2. Objetivo específicos

● Determinar mediciones de temperatura con tres termómetros distintos.

● Construir la curva de calentamiento del agua

III. MATERIALES Y MÉTODOS.

III.1. Materiales equipos y herramientas.

● Agua

● Baño María.

● Termómetro de bulbo.

● Termómetro bimetálico.

● Cronometro

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III.2. Método.

● Ensamble el equipo, cuidando que los termómetros estén lo más juntos posible sin

tocarse entre sí, y sin tocar el recipiente. Nota: Que el termopar no toque nunca la

parrilla ni las paredes de vaso de precipitados.

● Tomar las lecturas iníciales de temperatura en cada termómetro

● Prender el baño maria y llevarlo a 100 ºC de temperatura.

● Tomar cada medio minuto las lecturas de temperatura de cada termómetro, hasta que el

agua esté en ebullición.

● Una vez que el agua ha hervido apagar el baño maria.

IV. RESULTADOS

Tabla 1. Medición de temperaturas durante el calentamiento de agua

Tiempo (min) T baño maria (°C) Tbulbo (°C) Ttermopar (°C)0.51.01.52.02.53.03.54.04.5.

Hasta temperatura de Ebullición

Graficar:

● Temperatura en función del tiempo para el calentamiento.

● Colocar en este gráfico un diagrama de dispersión y una curva de ajuste por

cada termómetro.

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Fig 2. Curva de Calentamiento de Agua

V. BIBLIOGRAFÍA:

● Cengel Y. y Boles M. (2009). Termodinámica. Sexta Edición. México, Editorial

Mac Graw Hill Interamericana Editores S.A. De C.V.

● Smith J.M. (2009), Introducción a la Termodinámica en ingeniería Química, la

Novena Edición Editorial Mac Graw Hill interamericana Editores S.A. De C.V.

● Wark K. (2009), Termodinámica, Sexta edición Editorial Mac Graw Hill.

● Hougen O. (2005), Principios De Los Procesos Químicos II Termodinámica, Quinta

edición, Editorial Reverte, S.A.

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PRACTICA Nº 02

EQUILIBRIO TERMICO

I. INTRODUCCIÓN.

Cuando se ponen en contacto dos sistemas a diferente temperatura, se produce entre

ellos una transferencia de energía en forma de calor. Este proceso continua hasta que las

temperaturas de ambos sistemas se igualan. En este momento se dice que se ha alcanzado el

equilibrio térmico.

1.1. Sistema, alrededores y paredes.

Un sistema termodinámico está constituido por cierta cantidad de materia o

radiación en una región del espacio que nosotros consideraremos para su estudio. Al hablar

de cierta región del espacio, surge de manera natural el concepto de frontera, esto es la

región que separa al sistema del resto del universo. Esta frontera, en la mayoría de los

casos, está constituida por las paredes del recipiente que contiene al sistema. Es importante

señalar que el sistema termodinámico y sus fronteras están determinados por el observador.

La parte del universo que interacciona con el sistema constituye sus alrededores. La

interacción entre el sistema y sus alrededores estará caracterizada por los cambios mutuos

de masa y energía en sus diversas formas; la energía puede intercambiarse por medios

mecánicos o por medios no mecánicos.

Si el sistema termodinámico está contenido por un recipiente, el grado de

interacción con sus alrededores dependerá de la naturaleza de sus paredes:

a) Paredes adiabáticas son aquellas que no permiten que un sistema termodinámico

modifique su grado relativo de calentamiento.

b) Paredes diatérmicas son aquellas que sí permiten que un sistema termodinámico

modifique su grado relativo de calentamiento.

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En virtud de la naturaleza de las paredes, los sistemas termodinámicos se pueden clasificar

en:

1. Sistema termodinámico cerrado: tiene paredes impermeables al paso de la materia, no

puede intercambiar materia con sus alrededores.

2. Sistema termodinámico abierto: puede existir intercambio de materia o de alguna forma

de energía con sus alrededores.

3. Sistema termodinámico aislado: no tiene ninguna interacción con sus alrededores, la

pared es impermeable a la materia y a cualquier forma de energía.

1.2 Equilibrio térmico

En termodinámica, se determina el estado de un sistema a través de ciertos atributos

macroscópicos susceptibles de ser medidos experimentalmente. Estos atributos describen la

condición física del sistema y están íntimamente relacionados con las restricciones

impuestas al mismo. De hecho el observador determina el sistema termodinámico a estudiar

por medio de las restricciones que impone cuando lo elige para su estudio. Estas

restricciones pueden ser de naturaleza geométrica, mecánica o térmica.

Los atributos macroscópicos susceptibles de ser medidos experimentalmente serán

diferentes para describir diferentes sistemas físicos y podrán variar con el tiempo. Así,

diremos que un sistema se encuentra en equilibrio termodinámico cuando los valores

numéricos de tales atributos, medidos experimentalmente, no cambian con el tiempo.

1.3. Ley Cero de la Termodinámica

Las ideas de «caliente» y «frío» han formado parte de las experiencias sensoriales

del hombre desde tiempos inmemorial es. De hecho, dos de los primeros científicos que

expresaron estas ideas fueron Leonardo da Vinci y Galileo, quienes sabían que al contacto

con un tercer cuerpo, usualmente el aire, dos o más cuerpos en contacto con él "se

mezclaban de una manera apropiada hasta alcanzar una misma condición". Esta condición

era alcanzada debido a la tendencia de los cuerpos calientes a difundir su energía a los

cuerpos más fríos. Este flujo de energía es denominado calor.

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Los sistemas termodinámicos A y B mostrados en la figura, están separados entre sí

por una pared adiabática, pero cada uno de ellos está en contacto térmico con el tercer

sistema termodinámico C a través de paredes diatérmicas (A partir de ahora se escribirá

simplemente sistema haciendo referencia a sistema termodinámico). Todo el conjunto -

sistemas A, B y C-, está aislado mediante una pared adiabática. Supón que llenas el sistema

A con un fluido a la temperatura TA; el sistema B con un fluido a la temperatura TB; el

sistema C con un fluido a la temperatura TC; donde TA≠ TB ≠ TC.

II. OBJETIVOS

2.1. Objetivo general.

Identificar y diferenciar los conceptos de sistema termodinámico; alrededores; sistema

termodinámico cerrado; sistema termodinámico abierto; sistema termodinámico aislado;

pared adiabática y pared diatérmica; mediante la observación experimental.

2.2. Objetivo específicos

● Establecer una definición operacional de equilibrio térmico, mediante la

observación experimental.

● Enunciar con sus propias palabras la ley cero de la termodinámica, mediante la

observación experimental.

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III. MATERIALES Y MÉTODOS.

3.1. Materiales equipos y herramientas.

● Modulo (caja de madera).

● Termómetros.

● Cronometro.

3.2. Método.

● Conectar la caja (encender el foco) y dejarla encendida durante 15 minutos, al cabo

de este tiempo se desconecta la caja (apagar foco).

● En ese momento se mide la temperatura en los tres termómetros, continuar las

mediciones de temperatura cada 2 minutos hasta que se estabilice en los tres

termómetros.

● Quitar la pared adiabática que separa a los sistemas 1 y 2 y continuar midiendo la

temperatura cada 2 minutos en los dos termómetros durante 10 minutos más.

IV. RESULTADOS

Tabla 1. Medición de temperaturas en el modulo.

Tiempo (min) T Zona 1 (°C) TZona 2 (°C) TZona 3 (°C)0246810121416..

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V. BIBLIOGRAFÍA:

2. Cengel Y. y Boles M. (2009). Termodinámica. Sexta Edición. México, Editorial Mac

Graw Hill Interamericana Editores S.A. De C.V.

3. Smith J.M. (2009), Introducción a la Termodinámica en ingeniería Química, la Novena

Edición Editorial Mac Graw Hill interamericana Editores S.A. De C.V.

4. Wark K. (2009), Termodinámica, Sexta edición Editorial Mac Graw Hill.

5. Hougen O. (2005), Principios De Los Procesos Químicos II Termodinámica, Quinta

edición, Editorial Reverte, S.A.

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