Guia de Laboratorio Termodinamica

5/28/2018 Guia de Laboratorio Termodinamica

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Segunda Edicin

Bruno Orlando Castedo Beltran

FACULTAD DE INGENIERIA

UPSA 2014

Materia: Termodinmica

Docente: Ing. Oscar Dimov Vargas Antezana

Auxiliar: Bruno Orlando Castedo Beltran

Nombre:

Registro:

Carrera:

Gua de Laborato r io

Ayudan ta de Termod inm ica


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Segunda Edicin


ndice

LABORATORIOS

o Calor especifico de un metal (pgina 3)

o Temperatura (pgina 7)

o

Determinacin de presin con un manmetro de fluidos (pg 11 )

o Cambios de estado del agua (pgina 14)

o Cilindro- Embolo (pgina 17)

o Cmara de Mezcla (pgina 20)

o Maquina trmica (pgina 25)

o Cambio de entropa de un liquido a volumen constante (pgina 29)

o Presiones (pgina 32)


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Calor Especfico de un Metal

1 Calos Especfico de un Metal

o 1.1 Objetivos

o 1.2 Introduccin

o 1.3 Teora

o 1.4 Experimento

1.4.1. Determinacin del Calor Especfico de un Slido

1.4.2 Preguntas

1.4.3 Conclusiones

Objetivos

- Determinar el calor especfico del Cobre (Cu).

- Comprobar experimentalmente la ley cero de la Termodinmica.

Introduccin

Diferentes sustancias requieren diferentes cantidades de calor para producir un cambio

dado en su temperatura. Por ejemplo, para incrementar la temperatura de de agua en

una cantidad de temperatura se requiere alrededor de 10 veces ms calor que para

incrementar en esta misma cantidad la temperatura de de cobre. Este

comportamiento de los materiales es caracterizado cuantitativamente por el calorespecfico, que es la cantidad de calor necesaria para incrementar la temperatura de

de sustancia en 1C. As, el agua tiene un calor especfico de mayor valor que el cobre.

El calor especfico de un material es caracterstico para cada sustancia y depende de su

estructura interna. Como puede ser visto de la definicin, el calor especfico de una

sustancia dada puede ser determinado mediante la entrega de una cantidad de calor

conocida a una cantidad de masa determinada de la sustancia y con un apropiado registro

del cambio en su temperatura. El propsito de este experimento es determinar el calor

especfico de un material en particular mediante los mtodos de calorimetra.

Teora

Una variacin en la temperatura de una sustancia es proporcional a la cantidad de

calor que se agrega o extrae de esta, o sea:
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Escrito en forma de ecuacin

Donde la constante de proporcionalidad es llamada capacidad calorfica de la

sustancia.

Sin embargo la cantidad de calor requerido para cambiar la temperatura de un objeto

es tambin proporcional a la masa de este, por lo tanto es conveniente definir la

cantidad llamada capacidad calorfica especfica (o calor especfico)

Que es la capacidad calorfica por unidad de masa de la sustancia. As, la

ecuacin (1) puede ser escrita como:

Donde el calor especfico es la cantidad de calor (en caloras) necesaria para

incrementar la temperatura de 1 gramo de sustancia en 1 grado Celsius.

De hecho, la calora es la unidad de calor definida como la cantidad de calor

requerido para incrementar la temperatura de de agua en 1C. Por

definicin, el agua tiene un calor especfico de .

El calor especfico de un material puede ser determinado experimentalmente midiendo el

cambio de temperatura que presenta una determinada masa del material al entregarle una

cierta cantidad de calor. Esto puede ser realizado indirectamente por un procedimiento de

calorimetra conocido como el mtodo de mezclas. Varias sustancias a diferentes

temperaturas se ponen en contacto trmico, las sustancias calientes entregan calor a lassustancias fras hasta que todas las sustancias alcanzan una temperatura de equilibrio

comn.

Si el sistema est aislado de manera que no pueda intercambiar calor con sus

alrededores, por conservacin de energa, la cantidad de calor que pierden las sustancias

calientes es la misma que ganan las sustancias fras.


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I . Determin acin d el Calor Especfico de u n Slido

Equipamiento Requerido

- 1 calormetro

- 1 termmetro de mercurio

- 1 vaso precipitado de

- 1 calentador elctrico de (o aplicar el calor por media de un mechero de Bunsen)

- 1 trozo de Cobre (barra metlica color rojizo)

- 1 guante trmico

Procedimiento

1. Medir la masa del metal y depositarlo en el calormetro.

2. Aadir al calormetro de agua a temperatura ambiente previamentepesada. Observe la lectura del termmetro y cuando se estabilice, registre su

valor como (Temperatura inicial sistema calormetro, agua y barra de cobre) en

la tabla que se muestra ms adelante.

3. Caliente en un vaso precipitado de agua a una temperatura aproximada

de 50C y registre esta temperatura como . Vierta esta cantidad de agua caliente

(previamente pesada) en el calormetro y cirrelo. Homogenice la temperatura de

la mezcla agitando suavemente el calormetro. Espere unos segundos hasta que

la temperatura llegue a un valor estacionario y registre esta temperatura como .

4. Luego de anotar los datos en la tabla, determine el calor especfico del cobre (

) aplicando la ley de la conservacin de la energa.

5. Realice el procedimiento anterior tres veces.


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Nota:El valor experimental de debe ser reportado como:

La desviacin estndar ( ) est dada por:

Preguntas

1) Qu expresa la ley cero de la termodinmica y en que parte de este experimento est

presente?

2) Cul es el valor experimental reportado por su grupo para el calor especfico del cobre

?

3) Probablemente el valor de obtenido por su grupo tiene un gran porcentaje de error

en comparacin con el valor reportado en la tabla 1. Identifique las posibles fuentes deerror en la medicin de .

4) Qu aspectos del procedimiento experimental podran ser mejorados para obtener un

valor del calor especfico del metal con un menor porcentaje de error?

Conclusiones (personal por grupo)


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Temperatura

1 Temperatura

o 1.1 Objetivos

o 1.2 Introduccin

o 1.3 Teora

o 1.4 Experimento

1.4.1. Determinacin delas temperaturas

1.4.2 Preguntas

1.4.3 Conclusiones

Objetivos

*Comprender el fundamento termodinmico de la medicin de la temperatura*Construir la curva de calentamiento del agua*Obtener mediciones de temperatura con tres termmetros distintos y para cada uno

Determinar:

- Rapidez de respuesta- Facilidad de lectura- Rango

Bases tericas

Temperatura

Definir la temperatura no es una cosa sencilla, frecuentemente se dice que la temperaturaes una propiedad termodinmica intensiva que ayuda a clasificar a los sistemas comocalientes o fros. Esta forma de definir a esta propiedad en ocasiones es confusa yambigua. Sin embargo, podemos decir que la temperatura es la propiedad termodinmicaque se encuentra asociada al equilibrio trmico, o bien, es la propiedad que establececuando dos o ms sistemas que interaccionan entre s, se encuentra en un estado trmicode equilibrio.

Equilibrio Trmico.

El equilibrio trmico se presenta cuando dos sistemas, uno a mayor temperatura que elotro, 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 tena bajatemperatura, aumenta, de tal manera que la diferencia de temperaturas disminuir. Siambos sistemas se encontraran aislados del entorno y nicamente se presenta lainteraccin entre ellos, la diferencia en el valor de sus propiedades disminuir de talmanera que ambos lleguen a las mismas condiciones, y por tanto a la misma temperatura,en este momento los sistemas se encuentran en Equilibrio Trmico.
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Ley Cero de la Termodinmica.

Esta ley establece que si un sistema A se encuentra en equilibrio trmico con un sistemaB y si a su vez el sistema B se encuentra en equilibrio con un sistema C,forzosamente los tres sistemas se encuentran en equilibrio trmico entre s.

Termmetros

Para conocer la temperatura de un sistema termodinmico se utilizan los instrumentosconocidos como termmetros y cada uno de stos tiene su principio de operacin, seencuentran los siguientes:

*Termmetro de bulbo con mercurio (comnmente conocido como termmetro demercurio).*Termmetro Bimetlico.

*Termopar.*Termmetro de gas a presin constante*Pirmetro de radiacin.

Existen diferentes propiedades de las sustancias que se encuentran asociadas a lapropiedad termodinmica llamada Temperatura, como son: longitud, volumen,resistividad elctrica, etc., esto significa que al modificar alguna sustancia su temperatura,modificar tambin las propiedades mencionadas; bajo este principio es como operan lostermmetros.

Escalas de temperatura:

Escala Celsio (C)Escala Fahrenheit (F)Escala Kelvin (K)Escala Rankine (R)

Material

Cantidad Material1 Termmetro de bulbo con mercurio1 Termopar de cromel-alumel (color amarillo)1 Termmetro Bimetlico1 Vaso de precipitados de 250 (ml)

1 Parrilla elctrica1 Soporte Universal1 Pinza para bureta1 Pinza para termmetro1 Cronmetro analgico1 Agitador magntico1 Multmetro digital


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Desarrollo

1. Ensamble el equipo tal como se muestra en la figura No. 1, cuidando que lostermmetros estn lo ms juntos posible sin tocarse entre s, y sin tocar el recipiente.

Nota: Que el termopar no toque nunca la parrilla ni las paredes de vaso de precipitados.

2. Tomar las lecturas inciales de temperatura en cada termmetro

3. Prender la parrilla a su mximo nivel de calentamiento y agitacin media.

4. Tomar cada medio minuto las lecturas de temperatura de cada termmetro, hasta queel agua est en ebullicin.

5. Una vez que el agua ha hervido apagar la parrilla y retirarla con cuidado

Esquema


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Obtener:Rango: Es el intervalo que puede medir el termmetro. Nota: El rango del termopar seconsulta en la bibliografa.Rapidez de respuesta: Se toma como la pendiente de las curvas de ajuste, la ordenada alorigen es el error de calibracin.Facilidad de lectura: Es un valor que se asigna segn el criterio del experimentador.

Anlisis de resultados

Conclusiones


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Determinacin de la presin con un manmetrode fluidos

1. Segunda ley de la termodinmica

o 1.1 Objetivos

o 1.2 Introduccin

o 1.3 Teora

o 1.4 Experimento

1.4.1

1.4.2 Preguntas

1.4.3 Conclusiones

Objetivos

- Determinar la presin del aire en el sistema

Introduccin

Muchos de los aparatos empleados para la medida de presiones utilizan lapresin

atmosfrica como nivel de referencia y miden la diferencia entre la presin real o absoluta

y la presin atmosfrica, llamndose a este valorpresin manomtrica;dichos aparatos

reciben el nombre de manmetros y funcionan segn los mismos principios en que sefundamentan los barmetros de mercurio y los aneroides.

Teora

Manmetro de dos ramas abiertas

Estos son los elementos con los que se mide la presin positiva, estos pueden adoptar

distintas escalas. El manmetro ms sencillo consiste en un tubo de vidrio doblado en

que contiene un lquido apropiado (mercurio, agua, aceite, entre otros). Una de las ramasdel tubo est abierta a la atmsfera; la otra est conectada con el depsito que contiene el

fluido cuya presin se desea medir (Figura 1). El fluido del recipiente penetra en parte del

tubo en , haciendo contacto con la columna lquida. Los fluidos alcanzan una

configuracin de equilibrio de la que resulta fcil deducir la presin manomtrica en el

depsito: resulta:
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Donde m= densidad del lquido manomtrico. = densidad del fluido contenido en el

depsito.

Si la densidad de dicho fluido es muy inferior a la del lquido manomtrico, en la mayorade los casos podemos despreciar el trmino gd, y tenemos:

De modo que la presin manomtricap-patmes proporcional a la diferencia de alturas que

alcanza el lquido manomtrico en las dos ramas. Evidentemente, el manmetro ser

tanto ms sensible cuanto menor sea la densidad del lquido manomtrico utilizado.

I. Determinacin de la presin con un manmetro de fluidos


-1 base de cartn

- 1 manguera pequea de plstico

-Pequeos alambres para unir la manguera al cartn

-1 globo de hule o vejiga

-Agua y Aceite

Procedimiento

-Armar el cartn con la manguera, dndole forma de de w

-llenar parte de la manguera con aceite y agua

-Inflar un globo y unirlo a cualquiera de los extremos de la manguera

-Tomar un sistema de referencia, medir las alturas que se van a utilizar y por medio de

clculos obtener la presin en el globo

Preguntas

1) Qu es un manmetro?

2) Definir presin

3) Cul es la presin atmosfrica en santa cruz? Y porque no es la misma en la paz?


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Conclusiones (Personal por grupo)


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Cambios de estado del agua

1 Cambios de estado delagua

o 1.1 Objetivos

o 1.2 Introduccin

o 1.3 Teora

o 1.4 Experimento

1.4.1. Determinacin de las diferentes propiedades en cada estado

1.4.2 Preguntas

1.4.3 Conclusiones

Objetivos- Determinar los diferentes cambios de fase en el Agua.

- Determinar las diferentes propiedades en cada estado, haciendo el uso correcto de las

tablas termodinmicas.

- Realizar correctamente las graficas P-v, y T-v.

Introduccin

Enfsica yqumica se denomina cambio de estado a la evolucin de lamateria entre

variosestados de agregacin sin que ocurra un cambio en su composicin. Los tres

estados ms estudiados y comunes en la Tierra son elslido,ellquido y elgaseoso. De

acuerdo a cada estado de la materia presenta diferentes propiedades, en el caso del

agua, que es la materia con la que vamos a trabajar, tienen mucha relacin sus estados

de acuerdo a sus propiedades, que podran variar en nuestro caso, la temperatura, la

presin, el volumen especifico, la energa interna, la entalpia y la entropa.

Teora

Esta prctica introduce el concepto de sustancias puras y el anlisis del cambio de fasede lquido-vapor. Se pretende obtener algunos puntos que permiten realizar unarepresentacin aproximada del diagrama de cambio de fase P-v y T-v.

Repetidas observaciones y experimentos has mostrado que, para una sustancia purasimple y compresible dos propiedades intensivas e independientes son necesarias ysuficientes para establecer el estado termodinmico del sistema. Esta observacin no se
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deduce de otros teoremas ms fundamentales, as que se le asigna la misma categoraque a las otras leyes termodinmicas.

As, el comportamiento observado en una sustancia pura, simple y compresible se resumeen el postulado de estado, que se define como:

Dos propiedades termodinmicas intensivas e independientes bastan para establecer elestado termodinmico estable de una sustancia pura simple y compresible.

Las propiedades termodinmicas pueden ser la presin, temperatura, volumen, energainterna, etc.; a estas propiedades no pertenecen las propiedades geomtricas, como laforma o la elevacin, ni la velocidad. Estado estable significa un estado de equilibrio, elpostulado de estado no es aplicable a estado en desequilibrio.

Lquido comprimido y lquido saturado.

Consideremos un dispositivo de cilindro-mbolo que contiene agua lquida a 20 C y 1

atm. En estas condiciones el agua existe en fase lquida y se denomina lquidocomprimido o Lquido subenfriado. Si se transfiere calor al agua hasta aumentar sutemperatura a, 40 C a medida que aumenta la temperatura, el agua lquida se expandeun poco y por consiguiente aumenta su volumen especfico, debido a esta expansin elmbolo sube ligeramente, la presin el cilindro permanece constante en 1 atm duranteeste proceso porque depende de la presin baromtrica externa y el peso del mbolo, queson constantes. El agua es an un lquido comprimido en este estado puesto que no hacomenzado a evaporarse. Conforme se transfiere ms calor, la temperatura aumentahasta alcanzar 100 C punto en el que el agua todava permanece lquida, pero cualquieradicin de calor hace que se evapore un poco de agua; es decir, est a punto de iniciar uncambio de fase de lquido a vapor. Un lquido que est a punto de evaporarse se llama

lquido saturado, este estado termodinmico corresponde al de dicho nombre.

Vapor saturado y vapor sobrecalentado

Una vez que se inicia la vaporizacin o ebullicin, la temperatura permanece constantehasta que todo el lquido se evapora. Es decir, si la presin se mantiene constante,durante el proceso de cambio de fase la temperatura tambin lo har. Durante un procesode ebullicin, el nico cambio observable es un aumento en el volumen y una disminucindel fluido lquido.

Cuando el proceso se encuentra a la mitad de la evaporacin, el cilindro contiene

cantidades iguales de lquido y vapor. Conforme contina la transferencia de calor, elproceso de evaporacin continuar hasta evaporarse la ltima gota de lquido. En esepunto el cilindro esta llen vapor. Cualquier cantidad de calor que pierda este vapor harque se condense (cambio de fase de vapor a lquido). Un vapor que est a punto decondensarse se llama vapor saturado, cuando en el proceso se tiene una fraccin defluido lquido y vapor, se conoce como mezcla saturado de lquido y vapor, debido a queen estos estados las fase lquidas y de vapor coexisten en equilibrio.


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Una vez completado, el proceso de cambio de fase trmica y se alcanza una regin deuna sola fase (nicamente vapor). En este punto, transferir ms calor da como resultadoun aumento de temperatura y de volumen especfico. Un vapor que no est a punto decondensarse, es decir no es vapor saturado, se denomina vapor sobrecalentado.

I. Determinacin de las diferentes prop iedades en c ada estadoEquipamiento Requerido

- 1 probeta


- 1 mechero de bunsen

- 1 sujetador de probeta

-1 soporte universal

- Cinta AislanteProcedimiento

1. Medir la masa de agua e introducirla dentro de una probeta hasta que llegue altope, para que se pueda despreciar la masa de aire en la probeta

2. Medir la temperatura inicial del agua3. Sellar la tapa de la probeta con una cinta aislante procurando dejar el espacio para

introducir el termmetro de mercurio4. Colocar debidamente la probeta en el sujetador y efectuar el calentamiento

mediante el mechero de bunsen hasta llegar a la temperatura en el que el aguaempiece a evaporarse

5. Por criterio propio, hasta que una buena parte del agua este evaporada, apagar elmechero y tomar nota de la temperatura final

6. Determinar los estados de la materia, inicial y final7. Con los datos obtenidos, dirigirse a las tablas para obtener las diferentes

propiedades de la fase inicial y la final8. Con todos los datos obtenidos realizar las graficas P-v y T-v

Preguntas

1) Cul es el objetivo de sellar la tapa de la probeta con cinta aislante?2) De qu clase de proceso trata esta experiencia?3) Cules son los estados por los que pasa el agua en esta experiencia?



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Anlisis de energa de sistemas Cerrados

1. Anlisis de energa de sistemas Cerrados

o 1.1 Objetivos

o 1.2 Introduccin

o 1.3 Teora

o 1.4 Experimento

1.4.1 Cilindro embolo

1.4.2 Preguntas

1.4.3 Conclusiones

Objetivos

- Determinar los volmenes inicial y final del aire y la masa de aire dentro del embolo

- Determinar las presiones inicial y final del aire

- Determinar el trabajo del sistema

Introduccin

Una forma de trabajo mecnico muy comn en la prctica es aquella que est relacionada

con la expansin o comprensin de un gas en un dispositivo de cilindro embolo. Duranteeste proceso parte de la frontera se mueve en el vaivn, por lo tanto, el trabajo de

expansin y comprensin suele llamarse trabajo de frontera mvil.

Teora

Trabajo es una interaccin entre dos sistemas tal que cualquier cambio en cada sistema y

su entorno podra haberse producido, exactamente, con el nico efecto externo a ese

sistema, del cambio en la altura de una masa en un campo gravitatorio.

Es decir, un sistema realiza trabajo sobre su entorno si los efectos de la interaccin

pueden reducirse exclusivamente al levantamiento o reduccin de altura de un peso.
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El trabajo es, por definicin, una interaccin; por tanto, requiere al menos de dos

sistemas. En consecuencia, no hay trabajo si slo se considera un sistema (sistema

aislado). No todas las interacciones son en forma de trabajo.

As, si consideramos un fluido que se encuentra sometido a unapresin externa y

que evoluciona desde un estado caracterizado por un volumen a otro con un volumen

, el trabajo realizado ser:

Resultando un trabajo positivo ( ) si se trata de una expansin del

sistema y negativo en caso contrario, de acuerdo con elconvenio de

signos aceptado en la Termodinmica. En un proceso cuasi esttico y sin friccin la

presin exterior ( ) ser igual en cada instante a la presin ( ) del fluido, de modo

que el trabajo intercambiado por el sistema en estos procesos se expresa como

De estas expresiones se infiere que la presin se comporta como unafuerza

generalizada,en tanto que el volumen acta como undesplazamiento generalizado;la

presin y el volumen constituyen una pareja de variables conjugadas.

En el caso que lapresin del sistema permanezca constante durante el proceso, el

trabajo viene dado por:

I. Cilindro Embolo


- 1 jeringa

- 1 balanza elctrica
http://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Criterio_de_signos_termodin%C3%A1micohttp://es.wikipedia.org/wiki/Criterio_de_signos_termodin%C3%A1micohttp://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Fuerza_generalizada&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Fuerza_generalizada&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Desplazamiento_generalizado&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Desplazamiento_generalizado&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Fuerza_generalizada&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Fuerza_generalizada&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/wiki/Criterio_de_signos_termodin%C3%A1micohttp://es.wikipedia.org/wiki/Criterio_de_signos_termodin%C3%A1micohttp://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3n


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- Plastilina

-1 masa cualquiera, de un peso constante


Procedimiento1. Pesar el embolo de la jeringa y medir el rea de la jeringa2. Colocar la plastilina en la punta de la jeringa para que no se escape el aire dentro

de ella, asentndola verticalmente, con la punta sobre la plastilina para mantenerlaesttica.

3. Poner la masa encima, en la parte superior del embolo, y observar y anotar lo quepasa

4. Proceder con ayuda de los conocimientos de la primera ley de la termodinmica, acalcular los volmenes inicial y final, las presiones iniciales y finales, y el trabajodel sistema y la masa de aire que se encuentra dentro de la jeringa.

Preguntas

1) Qu clase de sistema es? y Qu clase de trabajo se efecta?2) Qu clase de proceso es?3) Qu es un sistema cerrado?4) Cul es la funcin de un cilindro embolo en la industria?



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Anlisis de masa y energa de sistemas abiertos

1. Anlisis de masa y energa de sistemas abiertos

o 1.1 Objetivos

o 1.2 Introduccin

o 1.3 Teora

o 1.4 Experimento

1.4.1 Camara de Mezcla

1.4.2 Preguntas

1.4.3 Conclusiones

Objetivos

- Determinar la masa de flujo de salida, realizando correctamente el balance de masas.

- Determinar la entalpia de salida, realizando correctamente un balance de energa.

Introduccin

En las aplicaciones en la Ingeniera, mezclar dos corrientes de fluido no es raro. La

seccin donde el proceso de mezclado tiene lugar se conoce como cmara de mezclado,

la cual no tiene que ser exactamente una cmara. Una tubera ordinaria en forma deT o Y de una regadera por ejemplo, sirve como cmara de mezclado para las

corrientes de agua fra y caliente.

Teora

El principio de conservacin de masa para una cmara de mezclado requiere que la suma

de los flujos msicos entrantes sean igual que los de salida de la mezcla saliente, la

cmaras de mezcla por lo general estn bien asiladas, y normalmente no se relacionan

con ningn trabajo, as mismo las corrientes de energa cintica y potencial son

insignificantes. Entonces en la ecuacin solo quedan las energas totales de las corrientesde entrada y de salida.

Un sistema termodinmico es una parte delUniverso que se asla para su estudio.

Este aislamientose puede llevar a cabo de una manera real, en el campo experimental,

por ejemplo unamquina trmica,o de una manera ideal como lamquina de Carnot,

cuando se trata de abordar un estudio terico.
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Sistema abierto: En esta clase se incluyen la mayora de sistemas que pueden

observarse en la vida cotidiana. Por ejemplo, unvehculo motorizado es un sistema

abierto, ya que intercambia materia con el exterior cuando es cargado, o su conductor

se introduce en su interior para conducirlo, o es provisto decombustible al repostarse,

o se consideran los gases que emite por su tubo de escape pero, adems,

intercambia energa con el entorno. Solo hay que comprobar el calor que desprende el

motor y sus inmediaciones o el trabajo que puede efectuar acarreando carga.

I. Cmara de Mezcla


- 1 tubo en Y o un T


- 1 mechero de bunsen

-1 sujetador de probeta

-1 guante trmico

- 2 probetas

-1 vaso de precipitados

- 2 cronmetros

Procedimiento

1. Verter agua previamente pesada en la primera probeta y medir la temperatura delagua en la probeta 1

2. Verter agua previamente pesada en la segunda probeta y calentarla hasta los 80grados Celsius

3. Inmediatamente verter cada probeta por su respectivo canal de entrada4. Mientras se vierte calcular con dos cronmetros el tiempo por cada canal de

entrada en el que la probeta se vaca totalmente, para obtener los flujos msicosde entrada

5. Por conocimientos de la primera ley de la termodinmica, calcular el flujo de masade salida y la entalpia de salida

Preguntas

1) Qu tipo de cmara de mezclas se utiliza en la industria?2) Por qu se aproxima a cero la energa cintica y potencial en una cmara de

mezclas?3) Qu es un sistema abierto en la termodinmica?4) Cul es la funcin de una cmara de mezcla?
http://es.wikipedia.org/wiki/Veh%C3%ADculohttp://es.wikipedia.org/wiki/Combustiblehttp://es.wikipedia.org/wiki/Combustiblehttp://es.wikipedia.org/wiki/Veh%C3%ADculo


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Segunda Edicin


Segunda ley de la termodinmica

1. Segunda ley de la termodinmica

o 1.1 Objetivos

o 1.2 Introduccin

o 1.3 Teora

o 1.4 Experimento

1.4.1

1.4.2 Preguntas

1.4.3 Conclusiones

Objetivos

- Estudiar el proceso termodinmico realizado por una mquina trmica que

es utilizada para elevar una cierta cantidad de masa.

- Determinar experimentalmente el trabajo realizado por la mquina trmica

en base al diagrama P-V.

IntroduccinEl propsito de este laboratorio es experimentar con una mquina trmica

real, la cual a travs de un proceso termodinmico puede hacer un trabajo

mecnico, elevando pequeas masas desde una altura a otra.

En esta experiencia se podr verificar experimentalmente que el trabajo

mecnico realizado por la mquina, elevando una masa muna distancia

vertical h, es igual al trabajo termodinmico neto hecho durante el ciclo

(rea encerrada en un diagrama P-V). Esencialmente, se comparar el

trabajo realizado al levantar una masa ( ), con el trabajo realizado

en un ciclo de la mquina trmica como funcin de la presin y los cambios

de volumen. En donde este ltimo est dado por la expresin:
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Segunda Edicin


Aunque usted puede demostrar tericamente sta relacin, la

comprobacin experimental le permitir familiarizarse con el

funcionamiento de una mquina trmica real.

Experimento

La mquina trmica que se utilizar en este laboratorio, consiste

esencialmente de un cilindro plstico con un pistn de grafito en su

interior, el cual puede moverse a lo largo del cilindro con roce

prcticamente despreciable. El pistn est unido a una plataforma

mediante una barra rgida, con el propsito de adecuar el sistema para el

levantamiento de masas. Un tubo flexible une la cavidad del cilindro con

una cmara de gas, la cual consiste en un cilindro de plomo sellado conun tapn de goma. Esta cmara de gas, con aire en este caso, puede

ser ubicada alternativamente en un depsito con agua fra o en un

depsito con agua caliente. Una fotografa del montaje experimental de

ste levantador de masas es mostrado en la figura 1.
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El ciclo del levantador de masas est representado en la figura 2.Inicialmente el pistn se encuentra en la posicin a, aprisionando ciertacantidad de aire en el interior del cilindro. Al poner una masa sobre laplataforma la fuerza sobre el pistn aumenta, ello ocasionando una

compresin del aire y por lo tanto un leve descenso del pistn a laposicin b. Si se aumenta la temperatura del gas atrapado dentro delcilindro, el volumen aumentar causando la elevacin de la plataformahasta la posicin en c. Ello se podr realizar moviendo el recipientedesde el depsito fro al depsito caliente. Luego, al remover la masa dela plataforma, la fuerza ejercida sobre el pistn disminuye ocasionandouna leve elevacin de la plataforma hasta la posicin d, elloacompaado de una disminucin de la presin de aire en el cilindro.Finalmente el volumen del gas disminuir cuando la cmara de aire es

devuelta al depsito fro, lo que produce el descenso del pistn a suposicin original a.

Para calcular el trabajo termodinmico realizado durante el ciclo, se

requerir dibujar el diagrama P-V. Para ello ser necesario determinar

los volmenes y presiones del aire encerrado en el cilindro, tubo y

cmara de aire, en los puntos a, b, c y d del ciclo. Por lo tanto previo a

ello es necesario encontrar expresiones para:

a.- El volumen del aire encerrado en el sistema en funcin de la

posicin del pistn. Anote el dimetro interno del cilindro como y lalongitud del cilindro ocupada por el gas como .

b.- La presin del gas contenido por el pistn de dimetro . Anote la

masa el pistn (ms barra y plataforma) como y la masa agregadacomo . No olvide considerar la presin atmosfrica ( ) que actasobre el pistn y por lo tanto sobre el gas.


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Ahora que se han derivado las ecuaciones bsicas necesarias,

usted debera ser capaz realizar un ciclo con la mquina trmica,

y hacer las mediciones necesarias para calcular el volumen y la

presin del aire en los cuatro puntos del ciclo.

Antes de registrar los datos de la presin, volumen y altura delelevamiento, es recomendable preparar y ejecutar unos pocos

ciclos con el propsito de familiarizarse con el sistema.


- Mquina de calor/Aparato de Gas Ideal (TD-8572)

- 1 Vaso precipitado de (para uso como depsito de agua fra)

- 1 Vaso precipitado de (para uso como depsito de agua caliente)

- 1 set de masas de , y

- 1 calentador elctrico de

- 1 Termmetro de mercurio
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Procedimiento

1.- Implementar al montaje experimental mostrado en la figura 1. Sedeben poner de agua a temperatura ambiente en el vaso de

, y en el vaso de se deben poner con agua

caliente a una temperatura cercana a C. Esto ltimo se puedelograr poniendo de agua hirviendo y de agua de la llave,

para hervir el agua utilice el hervidor disponible en el laboratorio. El

propsito del calentador elctrico es mantener la temperatura delagua caliente a C.

2.- Realizar un ciclo completo con la mquina trmica. Se sugiere

levantar el pistn unos pocos centmetros antes de cerrar la vlvulade entrada del aire (ver figura 1). Note que el aire se filtra fuera del

cilindro lentamente, por lo tanto si una masa grande est siendoelevada la filtracin aumenta y por ello se sugiere que el lmitemximo de la masa agregada en la plataforma de levantamiento sea

. Despus de observar unos pocos ciclos de la mquina, usted

debera ser capaz de describir detalladamente el proceso entre cadauno de los puntos a, b, c y d de un ciclo, indicando cual de las

transiciones entre estos puntos son aproximadamente adiabticas y

cuales son isobricas. Puede observar directamente cambios en elvolumen del gas y puede predecir como la presin ejercida sobre el

gas por sus alrededores debera cambiar de un punto a otro usandola definicin de presin como fuerza por unidad de rea.

3.- Tome las mediciones necesarias para determinar el volumen y la

presin del aire en el sistema a los cuatro puntos en el ciclo de lamquina (figura 2). Esto se debe hacer rpidamente para evitar

escapes de aire alrededor del pistn. Resuma sus resultados en unatabla indicando claramente las unidades de medida.

4.- Use sus datos para calcular la presin y el volumen del sistema en

el los cuatro puntos del ciclo. Escriba detalladamente las ecuacionesy clculos, sin olvidar las unidades. Recuerde tomar en cuenta elvolumen del aire en el tubo y el recipiente de aire.


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Preguntas

1) Cul es la altura , que es elevada la masa?

2) Podemos sospechar que las transiciones de y de sonaproximadamente adiabticas? Fundamente su respuesta.

3) Puede demostrar que las transiciones y son isobricas?Explique por qu.


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Entropa

1. Entropa

o 1.1 Objetivos

o 1.2 Introduccin

o 1.3 Teora

o 1.4 Experimento

1.4.1 Cambio de entropa en un liquido a volumen constante

1.4.2 Preguntas

1.4.3 Conclusiones

Objetivos

-Determinar la variacin de entropa del sistema

-Determinar todas las propiedades del estado inicial y final

-Realizar correctamente una grafica T-s

Introduccin

Entermodinmica,la entropa(simbolizada como S) es unamagnitud fsica que,

mediante clculo, permite determinar la parte de laenerga que no puede utilizarse para

producirtrabajo.

Teora

Es unafuncin de estado de carcterextensivo y su valor, en unsistema aislado,creceen el transcurso de un proceso que se d de forma natural. La entropa describeloirreversible de los sistemastermodinmicos.

Cuando se plantea la pregunta: "Por qu ocurren los sucesos en la Naturaleza de una

manera determinada y no de otra manera?", se busca una respuesta que indique cul es

el sentido de los sucesos. Por ejemplo, si se ponen en contacto dos trozos de metal con

distinta temperatura, se anticipa que finalmente el trozo caliente se enfriar, y el trozo fro

se calentar, finalizando en equilibrio. El proceso inverso, el calentamiento del trozo

caliente y el enfriamiento del trozo fro es muy improbable que se presente, a pesar de
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conservar la energa. El universo tiende a distribuir la energa uniformemente; es decir, a

maximizar la entropa.

La funcin termodinmica entropa es central para lasegunda Ley de la Termodinmica.

La entropa puede interpretarse como una medida de la distribucinaleatoria de unsistema. Se dice que un sistema altamente distribuido al azar tiene alta entropa. Un

sistema en una condicin improbable tendr una tendencia natural a reorganizarse a una

condicin ms probable (similar a una distribucin al azar), reorganizacin que dar como

resultado un aumento de la entropa. La entropa alcanzar un mximo cuando el sistema

se acerque al equilibrio, y entonces se alcanzar la configuracin de mayor probabilidad.

Una magnitud es una propiedad si, y slo s, su cambio de valor entre dos estados es

independiente del proceso. Esta proposicin puede ser fundamental a la hora de definir la

variacin de entropa.

La variacin de entropa, nos muestra la variacin del orden molecular ocurrido en

unareaccin qumica.Si el incremento de entropa es positivo, losproductos presentan

un mayor desorden molecular (mayor entropa) que losreactivos.En cambio, cuando el

incremento es negativo, los productos son ms ordenados. Hay una relacin entre la

entropa y la espontaneidad de una reaccin qumica, que viene dada por laenerga de

Gibbs.

I. Cambio de entropa en un lquido a volumen constante


- 1 Termmetro de mercurio

- 1 vaso de precipitados

- Cinta aislante

- 1 Mechero de bunsen

- 1 trpode
http://es.wikipedia.org/wiki/Segunda_ley_de_la_termodin%C3%A1micahttp://es.wikipedia.org/wiki/Fen%C3%B3meno_aleatoriohttp://es.wikipedia.org/wiki/Reacci%C3%B3n_qu%C3%ADmicahttp://es.wikipedia.org/wiki/Producto_(qu%C3%ADmica)http://es.wikipedia.org/wiki/Reactivohttp://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_libre_de_Gibbshttp://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_libre_de_Gibbshttp://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_libre_de_Gibbshttp://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_libre_de_Gibbshttp://es.wikipedia.org/wiki/Reactivohttp://es.wikipedia.org/wiki/Producto_(qu%C3%ADmica)http://es.wikipedia.org/wiki/Reacci%C3%B3n_qu%C3%ADmicahttp://es.wikipedia.org/wiki/Fen%C3%B3meno_aleatoriohttp://es.wikipedia.org/wiki/Segunda_ley_de_la_termodin%C3%A1mica


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Procedimiento

1) Introducir el agua dentro del vaso de precipitados y medir la temperatura con un

termmetro de mercurio

2) Sellar la tapa con cinta aislante dejando un espacio para que repose el termmetro

de mercurio.

3) Calentar el vaso de precipitados con el mechero de bunsen, hasta que ebullicione

una buena parte de l, y medir la temperatura final.

4) Con los conocimiento de entropa y de la segunda ley de la termodinmica calcular

la variacin de entropa en el sistema, las propiedades iniciales y finales y realizar

correctamente una grafica T-s

Preguntas

1) Qu es la entropa?2) Cul es la importancia de realizar un grafico T-s?3) Por qu se toma el calor especfico promedio?



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Presiones

Presiones

o 1.1 Objetivos

o 1.2 Introduccin

o 1.3 Teora

o 1.4 Experimento

1.4.1. Determinacin de laspresiones

1.4.2 Preguntas

1.4.3 Conclusiones

PRESIONES.

Objetivos

Construir un barmetro de Torricelli para determinar la presin atmosfrica en el laboratorio de

termodinmica.

Demostracin de la aplicacin de presin relativa y absoluta para un fluido esttico

Establecer el modelo matemtico que relaciona la presin absoluta con la profundidad para

diferentes fluidos estticos.

Bases tericas

El trmino presin hidrosttica se refiere al estudio de los fluidos sin movimiento. Un fluido es una

sustancia que puede escurrir fcilmente y que puede cambiar de forma debido a la aplicacin de

pequeos esfuerzos. Por lo tanto, el trmino fluido incluye tanto a los lquidos y gases.

Presin (P)

La presin en cualquier punto de la frontera de un sistema es la razn de la fuerza (F) normal

ejercida sobre un rea (A). Es una propiedad intensiva. En el SI se utiliza el Pascal (Pa), definido

como (N/m2).

Matemticamente:

Presin absoluta (Pabs): Es la presin en un punto determinado del sistema ya que semide con respecto a una presin igual a cero.

Presin relativa (Prel): Es la diferencia entre la presin absoluta de un sistema y la presinatmosfrica. La lectura de un manmetro puede ser positiva o negativa.
http://srv2.fis.puc.cl/mediawiki/index.php/Calor_Espec%C3%ADfico_de_un_Metal_(Fis_152)#Calos_Expec.C3.ADfico_de_un_Metalhttp://srv2.fis.puc.cl/mediawiki/index.php/Calor_Espec%C3%ADfico_de_un_Metal_(Fis_152)#Calos_Expec.C3.ADfico_de_un_Metalhttp://srv2.fis.puc.cl/mediawiki/index.php/Calor_Espec%C3%ADfico_de_un_Metal_(Fis_152)#Objetivoshttp://srv2.fis.puc.cl/mediawiki/index.php/Calor_Espec%C3%ADfico_de_un_Metal_(Fis_152)#Objetivoshttp://srv2.fis.puc.cl/mediawiki/index.php/Calor_Espec%C3%ADfico_de_un_Metal_(Fis_152)#Introducci.C3.B3nhttp://srv2.fis.puc.cl/mediawiki/index.php/Calor_Espec%C3%ADfico_de_un_Metal_(Fis_152)#Introducci.C3.B3nhttp://srv2.fis.puc.cl/mediawiki/index.php/Calor_Espec%C3%ADfico_de_un_Metal_(Fis_152)#Teor.C3.ADahttp://srv2.fis.puc.cl/mediawiki/index.php/Calor_Espec%C3%ADfico_de_un_Metal_(Fis_152)#Teor.C3.ADahttp://srv2.fis.puc.cl/mediawiki/index.php/Calor_Espec%C3%ADfico_de_un_Metal_(Fis_152)#Experimentohttp://srv2.fis.puc.cl/mediawiki/index.php/Calor_Espec%C3%ADfico_de_un_Metal_(Fis_152)#Experimentohttp://srv2.fis.puc.cl/mediawiki/index.php/Calor_Espec%C3%ADfico_de_un_Metal_(Fis_152)#II._Determinaci.C3.B3n_del_Calor_Espec.C3.ADfico_de_un_S.C3.B3lidohttp://srv2.fis.puc.cl/mediawiki/index.php/Calor_Espec%C3%ADfico_de_un_Metal_(Fis_152)#II._Determinaci.C3.B3n_del_Calor_Espec.C3.ADfico_de_un_S.C3.B3lidohttp://srv2.fis.puc.cl/mediawiki/index.php/Calor_Espec%C3%ADfico_de_un_Metal_(Fis_152)#Preguntashttp://srv2.fis.puc.cl/mediawiki/index.php/Calor_Espec%C3%ADfico_de_un_Metal_(Fis_152)#Preguntashttp://srv2.fis.puc.cl/mediawiki/index.php/Calor_Espec%C3%ADfico_de_un_Metal_(Fis_152)#Preguntashttp://srv2.fis.puc.cl/mediawiki/index.php/Calor_Espec%C3%ADfico_de_un_Metal_(Fis_152)#Preguntashttp://srv2.fis.puc.cl/mediawiki/index.php/Calor_Espec%C3%ADfico_de_un_Metal_(Fis_152)#Preguntashttp://srv2.fis.puc.cl/mediawiki/index.php/Calor_Espec%C3%ADfico_de_un_Metal_(Fis_152)#Preguntashttp://srv2.fis.puc.cl/mediawiki/index.php/Calor_Espec%C3%ADfico_de_un_Metal_(Fis_152)#II._Determinaci.C3.B3n_del_Calor_Espec.C3.ADfico_de_un_S.C3.B3lidohttp://srv2.fis.puc.cl/mediawiki/index.php/Calor_Espec%C3%ADfico_de_un_Metal_(Fis_152)#Experimentohttp://srv2.fis.puc.cl/mediawiki/index.php/Calor_Espec%C3%ADfico_de_un_Metal_(Fis_152)#Teor.C3.ADahttp://srv2.fis.puc.cl/mediawiki/index.php/Calor_Espec%C3%ADfico_de_un_Metal_(Fis_152)#Introducci.C3.B3nhttp://srv2.fis.puc.cl/mediawiki/index.php/Calor_Espec%C3%ADfico_de_un_Metal_(Fis_152)#Objetivoshttp://srv2.fis.puc.cl/mediawiki/index.php/Calor_Espec%C3%ADfico_de_un_Metal_(Fis_152)#Calos_Expec.C3.ADfico_de_un_Metal


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Presin manomtrica positiva (Pman): Es la diferencia entre la presin absoluta de unsistema y la presin atmosfrica, siendo la presin del sistema mayor que la presinatmosfrica.

Presin manomtrica negativa (Pvac): Es la presin que se presenta cuando la presinatmosfrica es mayor que la presin absoluta de un sistema (comnmente se conocecomo presin vacuomtrica).

Presin baromtrica o atmosfrica (Patm, Pbar): Es la presin que ejerce la atmsfera.Normalmente se conoce como presin baromtrica debido a que puede ser determinadautilizando un barmetro de Torricelli. Su valor depende de la ubicacin geogrfica y elclima local. La atmsfera estndar se utiliza como valor de referencia y se define enfuncin de la altura de una columna de mercurio que es soportada a nivel del mar en unbarmetro de Torricelli, definindose as como la presin ejercida por una columna demercurio cuya longitud es precisamente de 760 (mmHg) a una temperatura

correspondiente al punto de fusin del agua sometido a una aceleracin gravitacionalestndar.

Equivalencia de la Presin atmosfrica en otras unidades:

29.92 (in Hg)1 (atm)1.013 (bar)101 325 (Pa)14.7 (psi)10.33 (mH2O)1.034 (kgf/cm2)

Manmetro

Un manmetro es un instrumento que permite obtener el valor de la presin de unsistema.Puede consistir en un tubo en forma de U que contiene un lquido llamado fluidomanomtrico. Un extremo del tubo est a la presin P que se desea medir (la del sistema)y el otro, en contacto con la atmsfera a la presin Pa. Mide una diferencia de presin entrminos de la altura de una columna de lquido.


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Metodologa:

1. Construir el barmetro de Torricelli y determinar, al menos 3 veces, el valor de lapresin atmosfrica en el Laboratorio de Termodinmica (utilizar guantes de ltex, cuidarque no queden burbujas de aire en el interior del tubo, tomar la altura de la columna demercurio en el nivel superior del menisco).

2. Sumergir la campana de inmersin conectada al manmetro diferencial en cada uno delos lquidos y observar cmo cambia el nivel de lquido manomtrico al ser sumergido encada lquido, al variar la profundidad en cada uno de ellos.

3. Utilizando el manmetro diferencial y los lquidos proporcionados:Tomar lecturas de la diferencia de niveles del lquido manomtrico que seestablece entre los ramales del manmetro cuando se sumerge la campana deinmersin a distintas profundidades en un lquido esttico. Repetir elprocedimiento para cada uno de los lquidos proporcionados.Tomar lecturas de la diferencia de niveles del lquido manomtrico que se establece entrelos ramales del manmetro cuando se sumerge la campana de inmersin a una mismaprofundidad en cada uno de los lquidos estticos.

4. Calcular las diferencias de presin obtenidas.

5. Convertir los valores obtenidos de presin relativa o manomtrica a valores de presinabsoluta.

6. Realizar y analizar el grfico:

P vs profundidad (para fluido de densidad constante)

Determinar el modelo matemtico que relaciona la presin absoluta con la profundidadpara fluidos estticos:Valores de referenciaagua = 1000 (kg/m3) a 4 (C)mercurio = 13 600 (kg/m3)

g = 9.78 m/s2 en el D. F.


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Tabla No. 1 Valores experimentales obtenidos con el barmetro de Torricelli.


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Anlisis de resultados

Conclusiones

Bibliografa:

Se sugiere la siguiente:Wark, KennetTermodinmicaSexta Edicin2001EspaaMcGraw Hill.Tipler, Paul A.Fsica Para la Ciencia y TecnologaCuarta Edicin

2001EspaaRevert.

Si se utilizan pginas web, stas deben ser confiables, como aquellas elaboradas porprofesores universitarios o universidades reconocidas.

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