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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA MECANICA ELECTRICA

UNIDAD ZACATENCO

LABORATORIO DE QUIMICA APLICADA

PRACTICA 3

“TERMODINAMICA”

GRUPO:

2EM2

EQUIPO:

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INTEGRANTES DEL EQUIPO:

#Rodríguez García José Daniel.

Alcántara Garduño Janeth.Ferreira Romero Jesús Ismael.

Román Lizárraga Rene

PROFESOR:

Cortes Espinosa Juan.

11/04/2013

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INDICE:

#pag.

Portada………………………………………………………………….. 1

Introducción teórica……………………………………………………. 3

Objetivo…………………………………………………………………. 6

Material…………………………………………………………………. 6

Reactivos……………………..…………………………………………. 6

Hoja de calculo……………………………….…………………………………… 7

Procedimiento……………………………………………………………………… 8

Segunda parte …………………………………………………………………….. 8

Cuestionario………………………………………………………………………… 9

Observaciones……………………………………………………………………. 11

Conclusiones……………………………………………………………………… 11

Bibliografía………………………………………………………………………… 11

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INTRODUCCIÓN TEORICA:

TERMODINAMICA

La termodinámica es una materia excitante y fascinante que trata sobre la energía, la cual es esencial para la conservación de la vida mientras que la termodinámica ha sido por mucho tiempo una parte fundamental de los programas de estudio de ingeniería en todo el mundo. Ciencia que tiene una amplia aplicación que va desde los organismos microscópicos hasta los electrodomésticos, los vehículos de transporte, los sistemas de generación de energía eléctrica e incluso la filosofía.

PRINCIPIO DE LA TERMODINÁMICA

El Primer Principio de la Termodinámica coincide esencialmente con el principio de conservación de energía. Esta es una definición simple de tal manera que la energía no puede ser creada ni destruida, esta energía se debe conservar sufriendo solo transformaciones de una forma a otra, este principio establece que el resultado neto del calor o del trabajo será una transformación de energía Del sistema. La ecuación general de la energía es una expresión algebraica y una cantidad escalar que solamente tiene un sentido y una magnitud de la primera ley: q −W = ∆U[J]

LA SEGUNDA LEY

El sentido del flujo de calor entre dos sistemas o sustancias es el de mayor temperatura al de menor temperatura, jamás al viceversa. La conversión del calor en trabajo está limitada a las temperaturas a la cuales funciona un ciclo, una temperatura máxima a una mínima.

Las variables termodinámicas o variables de estado son las magnitudes que se emplean para describir el estado de un sistema termodinámico. Dependiendo de la naturaleza del sistema termodinámico objeto de estudio, pueden elegirse distintos conjuntos de variables termodinámicas para describirlo. En el caso de un gas, estas variables son:

Masa (m ó n): es la cantidad de sustancia que tiene el sistema. En el Sistema Internacional se expresa respectivamente en kilogramos (kg) o en número de moles (mol).

Volumen (V): es el espacio tridimensional que ocupa el sistema. En el Sistema Internacional se expresa en metros cúbicos (m3). Si bien el litro (l) no es una

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unidad del Sistema Internacional, es ampliamente utilizada. Su conversión a metros cúbicos es: 1 l = 10-3 m3

Presión (p): Es la fuerza por unidad de área aplicada sobre un cuerpo en la dirección perpendicular a su superficie. En el Sistema Internacional se expresa en pascales (Pa). La atmósfera es una unidad de presión comúnmente utilizada. Su conversión a pascales es: 1 atm ≅ 105 Pa.

Temperatura (T ó t): A nivel microscópico la temperatura de un sistema está relacionada con la energía cinética que tienen las moléculas que lo constituyen. Macroscópicamente, la temperatura es una magnitud que determina el sentido en que se produce el flujo de calor cuando dos cuerpos se ponen en contacto. En el Sistema Internacional se mide en kelvin (K), aunque la escala Celsius se emplea con frecuencia. La conversión entre las dos escalas es: T (K) = t (ºC) + 273.

TRANSFORMACIÓN ISOTERMA

En una transformación isoterma la temperatura del sistema permanece constante; para ello es necesario que el sistema se encuentre en contacto con un foco térmico que se define como una sustancia capaz de absorber o ceder calor sin modificar su temperatura. Supongamos que un gas ideal absorbe calor de un foco térmico que se encuentra a una temperatura To y como consecuencia, se expande desde un estado inicial A a uno final B.

El proceso es isotermo por mantenerse el gas en contacto con el foco (TA=TB=T0), por lo que, la variación de energía interna será nula:

Calculamos el trabajo, sustituyendo el valor de la presión en función del volumen y de la temperatura, según la ecuación de estado del gas ideal:

Integrando, obtenemos la expresión para el trabajo realizado por el gas en una transformación isoterma a T0:

Este trabajo es positivo cuando el gas se expande (VB>VA) y negativo cuando el gas se comprime (VA>VB).

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Es decir, todo el calor absorbido se transforma en trabajo, ya que la variación de energía interna es nula.En el proceso inverso tanto el calor como el trabajo son negativos: el gas sufre una compresión y cede calor al foco.

TRANSFORMACIÓN ISOBARA

En una transformación isobara la presión del sistema no varía.Supongamos que un gas ideal absorbe calor y, como consecuencia, se expande desde un estado inicial A a uno final B, controlando la presión para que esté en equilibrio con el exterior y permanezca constante.En este caso parte del calor absorbido se transforma en trabajo realizado por el gas y el resto se invierte en aumentar la energía interna.Calculamos el trabajo a partir de la definición integrando a lo largo de la transformación, teniendo en cuenta que la presión no varía:

La variación de energía interna se calcula usando la expresión general para un gas ideal:

Para expresar la relación entre el calor y la variación de temperatura usaremos ahora la capacidad calorífica a presión constante Cp:

Además, se debe cumplir el Primer Principio, es decir:

Recordando que por ser un gas ideal pV=nRT, el segundo miembro de la ecuación se puede escribir:

Esta ecuación nos permite obtener una relación entre las capacidades caloríficas de un gas a volumen y a presión constante, conocida como Ley de Mayer:

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OBJETIVO:

El alumno determinara con los datos obtenidos en el laboratorio el trabajo desarrollado en un proceso termodinamico.

MATERIAL:

1 vaso de precipitado de 250mL. 1 termómetro. 1 Pinza para vaso. 1 Pinza universal. 1 Mechero, anillo y tela c/asbesto. 1 jeringa de plástico graduada de 20 mL. 1 Termómetro. 1 Pesa de plomo grande.

REACTIVOS:

Pdf= 585mmHg

760 mmHg = 1.013x106 dinas

cm2

membolo=8 g .

D∫¿=1.82cm¿

1 cal = 41.3 atm*cm3

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HOJA DE CÁLCULOS:

Aembolo=3.1416 x (0.91cm)2 = 2.6015cm2

Pemb=¿ m(G)

A=¿

8g (981cm

s2)

2.8588 cm2

= 3016.65

dinas

cm2

760mmHg

1.013x 106 dinas

c m2

= x mmHg

3016.65dinas

cm2

despejando x =

2.2632mmHg

Pemb=¿ 2.2632mmHg

PT= Pemb+¿Pdf= 585m = 587.26mmHg

Conversión de mmHg a atm:

atm760mmHg

= xatm587.26mmHg

:despejando x=0.7727atm

De la ecuación general:

PV=nRT despejamos n =n=PVRT

n=PVRT

=

0.7727atm x .009< ¿0.08205atm< ¿

molkx 296k ¿

¿ =286.340x10−6mol

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PROCEDIMIENTO:

1.- Monte la jeringa como se indica en la figura 1 (sin la pesa de plomo); anote el volumen inicial, a continuación ponga arriba del embolo la pesa del plomo, presione ligeramente y anote el volumen final (V2), a continuación quite la pesa y anote el nuevo volumen.

SEGUNDA PARTE

1.- Monte la jeringa como se indica en la figura 2.

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2.- presione ligeramente y tome el volumen correspondiente a la temperatura ambiente del agua.

3. calentar hasta 60°C, presionar ligeramente y anotar el volumen.

4.- continúe y anotando los volúmenes a 80°C, 90°C y temperatura de ebullición del agua.

NOTA: EL EMBOLO DE LA GERINGA DEBE ESTAR LUBRICADO.

CUESTIONARIO.

1.- Registre los datos obtenidos en el laboratorio.

PRIMERA PARTE

T 23°C 296 KV1 9ml 0.009 ltV2 7.5ml 0.0075 ltV3 9ml 0.009 lt

SEGUNDA PARTE

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V T °C K cm3 ltV1 23°C 296K 9 ml 0.009ltV2 60°C 333K 11 ml 0.011ltV3 80°C 353K 14.5 ml 0.0145ltV4 90°C 363K 16 ml 0.016ltV5 92°C 365K 16 ml 0.016lt

2.- considerando que en la primera parte la temperatura permanece constante, calcular el trabajo realizado en un proceso isotérmico.

W=nRTln (V 2/V 1 )

W=286.340 x10−6mol x 1.987cal

molkx 296 K x ln ¿ = -30.705cal

3 .- Con los datos obtenidos en la segunda parte, calcular el trabajo realizado por el gas en cada una de las etapas. Como la presión permaneció constante:

W=P(V F−V I )

W=P(V 2−V 1)

W=0.7727atm¿ = 1.5454x10−3 cal

W=P(V 3−V 2)

W=0.7727atm¿ = 2.7044x10−3 cal

W=P(V 4−V 3)

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W=0.7727atm¿ = 1.15905x10−3 cal

W=P(V 5−V 4)

W=0.7727atm(0.016<−0.016<¿) = 0cal

4.- Determinar el trabajo total realizado por el gas.

(V 5−V 1)

W t=P(V 5−V 1)

W t=0.7727 atm¿ = 5.4089x10−3 cal

5.- Compare el punto 4 con el objetivo del punto 3 (sumando los trabajos de cada una de las etapas), Si hay alguna diferencia indique porque.

W (Total) W (Etapas)

W t=P(V 5−V 1)

W=P(V 2−V 1) 1.5454x10−3 cal

W=P(V 3−V 2) 2.7044x10−3 cal

W=P(V 4−V 3) 1.15905x10−3 cal

W=P(V 5−V 4) 0cal

TOTAL: 5.4089x10−3 cal Suma: 5.4088x10−3 cal

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R= Al comparar los trabajos realizados por etapa y por volumen final e inicial el valor de ambos es aproximadamente igual hasta la diez milésima cifra, esto se debe a que al realizar los cálculos en las etapas no se tomaron en cuanto todas las decimas de cada trabajo lo cual al momento de la suma causa una variación comparado con el trabajo total calculado.

OBSERVACIONES:

En esta practica observe la distancia que se desplaza el embolo a travez de una pesa donde hubo una contracción de volumen y a través de calor lo cual hizo que se desplazara el embolo ocupando un mayor volumen dentro de la jeringa, a través de mayor temperatura mayor volumen y así calcula sus trabajos realizados tomando en cuenta factores como la presión del embolo, presión atmosférica en el df, temperatura y volumen.

CONCLUSIONES:

En esta práctica concluí que en un proceso termodinámico se puede tener condiciones como temperatura constante que es un proceso isotérmico, presión constante que es un proceso isobárico, donde en la primera parte se realizó un proceso isotérmico donde la temperatura permaneció constante en la contracción del volumen donde calculamos el trabajo en función de volúmenes, y en la segunda parte se llevó a cabo un proceso isobárico ya que la presión permaneció constante en todo momento a medida que la temperatura incrementaba y el volumen también.

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BIBLIOGRAFÍA:

- Hojas de termodinámica (clase)

- Sears zemansky Física universitaria Volumen 1

-Termodinámica, sexta edición, Mc Graw Hill