INSTITUTO POLITCNICO NACIONALUnidad Profesional Interdisciplinaria de Ingeniera Campus Guanajuato

Qumica industrial Luis ngel Garca de la RosaReporte de prctica 2: Variables termodinmicas3IM1Equipo 1Ana Cecilia Rendn ReyesDiana Pardo ArredondoArmando Ulises Flores AmezcuaEnrique Ismael Rendn Reyes26/02/14

RESUMENOBJETIVOS

Principalmente lo que se busca es conocer las variables termodinmicas como el calor, trabajo, energa libre y entropa de un sistema compuesto por un gas (aire) para encontrar la relacin entre ellas.

INTRODUCCIN

Al analizar las variables termodinmicas de un sistema debemos saber si se trata de un proceso reversible el cual indica que el sistema puede restaurarse al punto de equilibrio o si es un proceso irreversible en el cual como su nombre lo indica no se restaura a su punto de equilibrio pero para fines prcticos se maneja como proceso reversible, aunque lo ideal sera que el calor fuera igual que el trabajo en el caso real tenemos que el calor siempre es mayor al trabajo, la entalpia es nicamente la energa que se gana o se pierde a presin contante, la energa interna es el calor que se gana o se pierde a volumen contante y por ultimo tenemos la entropa que es el orden o desorden de las partculas del sistema.

MATERIALES Y REACTIVOS QUE PROPORCIONA EL LABORATORIOVaso PP de 600 mlPinza de tres dedosNuez

TermmetroSoporte universalTapn sin horadar

Dinammetro de 100 N1 matraz Erlenmeyer de 150 ml1 tapn horadado

10 cm de Tubo de vidrioHieloPinza para termmetro

1 jeringa de 20 ml por equipo.

FUNDAMENTOS TERICO.Consideraciones tericas de Termodinmica.As, los sistemas termodinmicos que podemos estudiar, se pueden clasificar en: Cerrados: son aquellos que pueden intercambiar energa, aunque no materia, con los alrededores. Abiertos: aquellos que pueden intercambiar materia y energa. Aislados: que no pueden intercambiar ni materia ni energa. Homogneos: las propiedades termodinmicas tienen los mismos valores en todos los puntos del sistema. El sistema est constituido por una sola fase. Heterogneos: las propiedades termodinmicas no son las mismas en todos los puntos del sistema. El sistema est constituidos por varias fases, separadas entre s por una "frontera" llamada interface.Muy importante es indicar que las variables termodinmicas solo estn definidas cuando el sistema est en equilibrio termodinmico. Esto significa que se den simultneamente tres situaciones:Equilibrio trmico (que la temperatura no cambie).Equilibrio qumico (que su composicin no cambie).Equilibrio mecnico (que no se produzcan movimientos en el sistema).

Algunos nombres para procesos especficos en los que el sistema cambia de estado son:Proceso isotrmico: la T permanece constante.Proceso isobrico: la P permanece constante. Proceso isomtrico: el V permanece constante.

El Primer Principio de la Termodinmica se refiere a que slo pueden ocurrir procesos en los que la Energa total del Universo se conserva.Segundo principio: Cualquier proceso que ocurre espontneamente produce un aumento de entropa del universo.Tercer principio: La entropa de un elemento puro en su forma condensada estable (slido o lquido) es cero cuando la temperatura tiende a cero y la presin es de 1 barde acuerdo con lo anterior, En cualquier proceso isotrmico que implique sustancias puras, cada una en equilibrio interno, la variacin de entropa tiende a cero cuando la temperatura tiende a cero.

Relacin entre calor y trabajo. Si calor y trabajo son ambos formas de energa en trnsito de unos cuerpos o sistemas a otros, deben estar relacionadas entre s. La consolidacin de la nocin de calor como una forma ms de energa, hizo del equivalente mecnico un simple factor de conversin entre unidades diferentes de una misma magnitud fsica.

Mquinas trmicasJunto a la conversin de trabajo en calor puesta de manifiesto en las experiencias de Joule, la transformacin efectuada en sentido inverso es fsicamente realizable. Los motores de explosin que mueven, en general, los vehculos automviles y la mquina de vapor de las antiguas locomotoras de carbn, son dispositivos capaces de llevar a cabo la transformacin del calor en trabajo mecnico. Este tipo de dispositivos reciben el nombre genrico de mquinas trmicas. En todas las mquinas trmicas el sistema absorbe calor de un foco caliente; parte de l lo transforma en trabajo y el resto lo cede al medio exterior que se encuentra a menor temperatura. Ninguna mquina trmica alcanza un rendimiento del cien por cien. Esta limitacin no es de tipo tcnico, de modo que no podr ser eliminada cuando el desarrollo tecnolgico alcance un nivel superior al actual; se trata, sin embargo, de una ley general de la naturaleza que imposibilita la transformacin ntegra de calor en trabajo.Motores de combustin interna.Son los que usan comnmente los automviles. Se llaman tambin motores de explosin. Estos nombres les fueron asignados debido a que el combustible se quema en el interior del motor y no es un dispositivo externo a l, como en el caso de los motores diesel. Estos motores trabajan en cuatro tiempos que son la admisin, la compresin, la explosin y el escape. En el primer tiempo o admisin, el cigeal arrastra hacia abajo el mbolo, aspirando en el cilindro la mezcla carburante que est formada por gasolina y aire procedente del carburador.

En el segundo tiempo se efecta la compresin. El cigeal hace subir el mbolo, el cual comprime fuertemente la mezcla carburante en la cmara de combustin. En el tercer tiempo, se efecta la explosin cuando la chispa que salta entre los electrodos de la buja inflama la mezcla, producindose una violenta dilatacin de los gases de combustin que se expanden y empujan el mbolo, el cual produce trabajo mecnico al mover el cigeal, que a su vez mueve las llantas del coche y lo hace avanzar.Por ltimo, en el cuarto tiempo, los gases de combustin se escapan cuando el mbolo vuelve a subir y los expulsa hacia el exterior, saliendo por el mofle del automvil.Naturalmente que la apertura de las vlvulas de admisin y de escape, as como la produccin de la chispa en la cmara de combustin, se obtienen mediante mecanismos sincronizados en el cigeal.De acuerdo a la descripcin anterior, comprendemos que si la explosin dentro del cilindro no es suave y genera un tirn irregular, la fuerza explosiva golpea al mbolo demasiado rpido, cuando an est bajando en el cilindro.Este efecto de fuerzas intempestivas sacude fuertemente la mquina y puede llegar a destruirla. Cuando esto sucede se dice que el motor est "detonando" o "cascabeleando", efecto que se hace ms notorio al subir alguna pendiente.Indudablemente que este fenmeno tambin se observa cuando el automvil est mal carburado, o sea que no tiene bien regulada la cantidad de aire que se mezcla con la gasolina.Sin embargo, cuando ste no es el caso, el cascabeleo se deber al tipo de gasolina que se est usando, la cual a su vez depende de los compuestos y los aditivos que la constituyen, o sea de su octanaje

METODO EXPERIMENTALParte 1

Tomar 10 ml de aire y sellar su extremo.2Con un dinammetro determine la fuerza que opone el embolo al desplazamiento. 1

Introducir la jeringa al vaso con agua despus de 5 minutos registre la temperatura y volumen.4Colocar el soporte y sistema de calentamiento3

65

A 80 C colocar objetos pesados sobre la jeringa y registrar cuando peso necesita para modificar el volumen del aire . Calentar el agua y registrar el volumen de la jeringa cuando el agua este a 80 C

7

Apagar la parrilla y dejar enfriar a temperatura inicial

21Parte 2

Llenar un matraz Erlenmeyer con hielo y agua hasta el borde. Colocar un tapn de hule con un tubo que este sumergido en el agua.

3Se marca hasta donde llego el agua en el tubo y despus de 10 min se hace otra marca hasta donde disminuyo.

CALCULOS Fuerza para mover el mbolo:LecturaFuerza (N)Fuerza promedio (N)

1a1.41.8

2a2.0

3a2.0

Clculos: El mbolo de la jeringa se expandir dando un . Ahora requerimos obtener la presin que se ejerce sobre el mbolo, esta presin ser la atmosfrica que se debe obtener con la ecuacin baromtrica:

Donde:P = Presin a la altura h (en este caso la altura de la ciudad de Silao Gto.)P0 = Presin al nivel del mar (1 atmsfera)M = Peso molecular del aire (28.8 g/mol)T = Temperatura ambiente en Kelvin.

A la presin anterior se le debe sumar la presin correspondiente a la fuerza que se requiri para vencer el rozamiento y lograr mover el embolo (Lectura del dinammetro) dividida entre el rea del embolo:=

As obtenemos la presin de oposicin, se recomienda que ambas presiones la 1 y la 2 estn en atmosferas.= (.98atm) + () = (.98atm) +(686.8pa)= (.98atm)+(.006878atm)=.9868atm

Ya estamos en condiciones de encontrar el trabajo termodinmico:

=-(.8198atm)(.0026L)=.00197atm*L=-.00197(=-0166J

Para encontrar el cambio de la energa interna se debe de contar con la cantidad de moles de aire en la jeringa, para esto utilizamos la frmula del gas ideal, tomando las condiciones iniciales, P1 , el V1 ser la lectura tomada dentro de la jeringa luego de dejarla los 5 minutos dentro del agua (antes de comenzar a calentar) y T1 ser la temperatura del agua.

==3.37*

Ahora ya podemos aplicar la ecuacin de Cv=7.17(3.37x)(20.09J/molK)(59K)=0.399725J

De la primera ley de la termodinmica:

= (0.399725J)-(-0.166J)=0.565725J

Donde nos queda:

Sacando las constantes de la integral e integrando, tendremos:

= (3.37x) (20.09) In (+ (3.37xmol) (8.314) In ()

RESULTADOS Reportar:

n = 3.37*

W =-.00197 (=-0166J

= 0.399725J

Q =0.565725J

=

CONCLUSINHemos visto en el primer apartado de introduccin a la termodinmica qumica el concepto de sistema y los tipos de sistemas termodinmicos existentes. Ahora bien, una vez delimitado un sistema termodinmico, necesitamos conocer para definirlo en profundidad, adems de la composicin qumica del sistema, el valor de una serie de variables que determinan el estado del mismo desde un punto de vista macroscpico. A estas variables se las denomina Variables Termodinmicas.

CUESTIONARIOParte11. Este Q obtenido, es el calor suministrado al sistema aire, encuentre el calor total suministrado al agua y reporte que porcentaje de ese calor fue aplicado al sistema aire, explique qu pasa con todo el calor restante (Que no se aplico al sistema aire).

2. Qu sucede al agregar uno y luego dos pesos al embolo de la jeringa? Explique lo sucedidoObjetoMasa (g)

Matraz 1125

Matraz 2175

Computadora1187

Con el matraz 1 con 125 ml de agua no presento ningn desplazamiento tampoco con el matraz 2 con 175 ml de agua. Con la masa de la laptop 1187 gr. Se desplazo de 12 ml de aire a 8 ml.

3. Qu sugerira usted para aprovechar de mejor manera el calor agregado en el agua, en el sistema aire?Que el sistema fuera hermticamente cerrado para evitar fugas de calor y solo exista la interaccin con el sistema de aire

Parte 21. Explique, con sus palabras que entiende por ley cero de la termodinmica.Si A esta en equilibrio trmico con B y a su vez B y C estn en equilibrio trmico por lo tanto se puede afirmar que A y C tambin estn en equilibrio trmico

2. Enuncie e interprete la primera ley de la termodinmicaEl incremento de la energa interna de un sistema termodinmico es igual a la diferencia entre la cantidad de calor transferida a unes igual a la diferencia entre la cantidad de calor transferida a un sistema y eltrabajo realizado por el sistema asus alrededores.

3. Qu entiende por energa interna, energa trmica y calor?Energa interna es la energa que est asociada con el movimiento aleatorio y desordenado de partculas dentro de un sistema tambin es entendida como la energa microscpica. Energa trmica es la forma de energa que interviene en los fenmenos calorficos. Cuando dos cuerpos a diferentes temperaturas se ponen en contacto, el caliente transfiere energa al froCalores lacantidad de energaque un cuerpo transfiere a otro como consecuencia de una diferencia detemperaturaentre ambos.

4. Cmo se relacionan trabajo y calor en un proceso cclico?Los procesos cclicos son la base de todas las mquinas y motores, que operan de forma peridica. En un proceso cclico la energa total al final del proceso es la misma que al principio, por tratarse de una funcin de estado. Por tanto

Si desglosamos el calor y el trabajo entre lo que entra y lo que sale

nos queda

lo que nos dice que en un proceso cclico lo que entra es igual a lo que sale.5. Qu es un proceso adiabtico y cmo se expresa la primera ley en estos procesos?

El sistema es un sistema aislado no recibe ni entrega calor al entorno Q=0 Por lo tanto al aplicar la 1era ley de termodinmica, la variacin de la energa interna depende nicamente del trabajo realizado o recibido por el sistema 6. A qu es igual la variacin de energa interna en un proceso a volumen constante?

Como no existe variacin en el volumen la expresin queda:

7. Qu significa que la energa interna es funcin de estado? El calor y el trabajo son tambin funciones de estado?Su variacin slo depende del estado inicial y final y no del camino desarrollado. Son funciones de estado: presin, temperatura, energa interna, entalpa; no lo son: calor, trabajo. Las funciones de estado deben cumplir dos requisitos: 1) al dar valores a unas cuantas funciones de estado, se fijan automticamente los valores de todas las otras y 2) cuando cambia el estado de un sistema, los cambios en las funciones de estado dependen slo de los estados inicial y final del sistema, y no de cmo se logra el cambio.

8. Qu es la mquina de Carnot, desde el aspecto de un modelo matemtico? CD Absorcin de calorQinen un proceso isotermo a temperaturaTc. DA Enfriamiento adiabtico hasta la temperatura del foco fro,Tf. AB Cesin de calorQoutal foco fro a temperaturaTf. BC Calentamiento adiabtico desde la temperatura del foco fro,Tfa la temperatura del foco caliente,Tc.Aplicando este resultado al caso de un gas ideal, se llega a que el rendimiento de una mquina que operara segn el ciclo de Carnot es

9. En un ciclo termodinmico cualquiera, que valores tendrn la energa interna y la entalpia? Por qu? 10.- Si tenemos la grafica de P vs V, De qu manera podemos obtener el trabajo?Se puede encontrar el punto donde se interceptan las lneas de la presin y del cambio de volumen, ya que por definicin el trabajo es igual a la presin multiplicada por el cambio de volumen.

11.- Qu se demuestra o explica con la segunda ley de la termodinmica?La segunda ley de la termodinmica indica que es imposible para cualquier mquina actuando por si mismo llevar calor continuamente desde un cuerpo a otro que se encuentra a una temperatura ms alta.Esta ley implica que para llevar calor continuamente desde un cuerpo fro a otro ms caliente es necesario suministrar energa o trabajo por una fuente externa.

12.- Qu ley establece que solo cuerpos calientes pueden transferir calor a cuerpos fros, y no de forma viceversa?Ley cero de la termodinmica

13.- Exprese su concepto de entropa y explqueloLa entropa se explica en la segunda ley de la termodinmica y es una medida de orden entre las molculas, entre ms entropa ms desorden y entre menos entropa ms orden.Adems esta permite determinar la parte de la energa que no puede usarse para hacer un trabajo.

14.- Cmo se comporta la entropa en procesos reversibles, y en irreversibles?

La entropa de un sistema aislado que experimenta un cambio siempre se incrementa. En un proceso reversible la entropa del sistema aislado permanece constante, y en uno irreversible esta aumenta.

15.- Cmo relacionamos la tercera ley de la termodinmica con el cero absoluto?Debido a que esta ley afirma que no se puede alcanzar el cero absoluto en cierto nmero de etapas ya que al llegar al cero absoluto cualquier proceso de un sistema fsico se detiene.

BIBLIOGRAFIAhttp://www2.ib.edu.ar/becaib/cd-ib/trabajos/Gobbi.pdfhttp://termodinamica12.mxhttp://www.lfp.uba.arhttp://arquimedes.matem.unam.mx/