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ECBTI TERMODINÁMICA 212065 Semestre 16-04 de 2019

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA -UNAD-

PRACTICA NUMERO 1. LEY DE CHARLES, TRANSFORMACIÓN ISOTERMA, CALORIMETRÍA Y TRANSFORMACIONES TERMODINÁMICAS

PRESENTADO POR ALEXANDRA LARA

PRESENTADO A

Tutor DAVID ORLANDO PAEZ

GRUPO 212065A _614

FECHA DE ENTREGA 19 de octubre de 2019

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INTRODUCCION. Siendo la termodinámica la rama de la física encargada del estudio de la interacción entre el calor y otras manifestaciones de la energía. Constituye una teoría fenomenológica, a partir de razonamientos deductivos, que estudia sistemas reales, sin modelizar y sigue un método experimental. Los estados de equilibrio se estudian y definen por medio de magnitudes extensivas tales como la energía interna, la entropía, el volumen o la composición molar del sistema, o por medio de magnitudes no-extensivas derivadas de las anteriores como la temperatura, presión y el potencial químico; otras magnitudes, tales como la imanación, la fuerza electromotriz y las asociadas con la mecánica de los medios continuos en general también se pueden tratar por medio de la termodinámica, convirtiéndose en parte fundamental para diseño de componente s básicos de maquinaria para el desarrollo de industrias de manufactura.

Así las cosas este laboratorio sirve como referencia a los eventos prácticos de teorías y conceptos de la termodinamica como la ley de charles, transformación isotérmica, calorimetría y transformaciones termodinámicas.

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OBJETIVOS



Apropiación

de habilidades de análisis y observación

a través del

desarrollo de actividades y experiencias desde la simulación computacional sobre los diferentes conceptos de la Termodinámica. 

Relacionar, evidenciar y demostrar algunos de los conceptos teóricos en problemas reales o cercanos a la realidad mediante la Simulación



Aplicar los conocimientos adquiridos en el curso de termodinámica en problemas prácticos simulados por aplicaciones web y software especializado



Entender los conceptos de trabajo, calor, energía, caracterización termodinámica de sistemas, ciclos termodinámicos y eficiencias.

ECBTI TERMODINÁMICA 212065 Semestre 16-04 de 2019 PRACTICA NUMERO 1. Ley de charles, transformación isoterma, calorimetría y transformaciones termodinámicas.

METODOLOGÍA. Para esta práctica de laboratorio se deben seguir cuatro pasos, para el primer paso se debe ingresar a un link de calorimetría en el cual se tienen seis sustancias en las cuales se debe variar la masa y la temperatura, en esta configuración se deberá reportar la temperatura inicial y final del sistema termodinámico. En el segundo paso se debe ingresar a un software sobre la ley de charles se debe ajustar la temperatura y se debe obtener y registrar un volumen inicial y final y ajustar datos para obtener una gráfica. Para el tercer paso se ingresa a un software sobre transformaciones isotérmicas se deben ajustar presiones en un sistema ya dado por el programa y se toman los volúmenes iniciales y finales. Para el ultimo procedimiento se ingresa a un software sobre transformaciones termodinámicas

se

deben

registrar

tablas

de

los

diferentes

sistemas

termodinámicos ya sea adiabático, isobárico, isotérmico o isocorico. RESULTADOS. PASO 1. Para el sistema con la sustancia A presentamos los resultados en la tabla 1. Masa (gramos) Temperatura inicial (°C) Temperatura final (°C)

Sustancia A 40 30

Agua 150 20

Sistema 20 20,14

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Tabla 1. Para el sistema con la sustancia B tenemos los resultados obtenidos en la práctica en la tabla número 2.

Masa (gramos) Temperatura inicial (°C) Temperatura final (°C) Tabla 2.

Sustancia B 40 30

Agua 150 20

Sistema 20 20,08

Para el sistema con la sustancia C tenemos los resultados obtenidos en la práctica en la tabla número 3.

Masa (gramos) Temperatura inicial (°C) Temperatura final (°C) Tabla 3.

Sustancia C 40 30

Agua 150 20

Sistema 20 20,23

Para el sistema con la sustancia D tenemos los resultados obtenidos en la práctica en la tabla número 4.

Masa (gramos) Temperatura inicial (°C) Temperatura final (°C) Tabla 4.

Sustancia D 40 30

Agua 150 20

Sistema 20 20,28

Para el sistema con la sustancia E tenemos los resultados obtenidos en la práctica en la tabla número 5.

Masa (gramos) Temperatura

Sustancia E 40 30

Agua 150 20

Sistema 20

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inicial (°C) Temperatura final (°C) Tabla 5.

20,38

Para el sistema con la sustancia F tenemos los resultados obtenidos en la práctica en la tabla número 6.

Masa (gramos) Temperatura inicial (°C) Temperatura final (°C) Tabla 6.

Sustancia F 40 30

Agua 150 20

Sistema 20 20,54

GRAFICAS. A continuación se registran las gráficas obtenidas de los diferentes sistemas termodinámicos entre las diferentes sustancias y el agua. Grafica 1: SISTEMA TERMODINAMICO ENTRE SUSTANCIA A Y EL AGUA.

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Grafica 2: SISTEMA TERMODINAMICO ENTRE LA SUSTANCIA B Y EL AGUA.

Grafica 3: SISTEMA TERMODINAMICO ENTRE LA SUSTANCIA C Y EL AGUA.

ECBTI TERMODINÁMICA 212065 Semestre 16-04 de 2019 Grafica 4: SISTEMA TERMODINAMICO ENTRE LA SUSTANCIA D Y EL AGUA.

Grafica 5: SISTEMA TERMODINAMICO ENTRE LA SUSTANCIA E Y EL AGUA.

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Grafica 6: SISTEMA TERMODINAMICO ENTRE LA SUSTANCIA F Y EL AGUA.

ANALISIS Y DISCUSION DE DATOS. Como se puede observar en los datos obtenidos de la práctica la menor temperatura final se registró para el sistema termodinámico de la sustancia B, y la mayor temperatura final fue registrada en el sistema termodinámico de la sustancia F, esto quiere decir que el mayor calor especifico de las sustancias es el F y el menor calor especifico es el de la sustancia B. 1. Determine el calor especifico de las sustancias A,B,C,D,E y F. Sustancia A. ( (

) )(

)

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Sustancia B. ( (

) )(

)

Sustancia C. ( (

) )(

)

Sustancia D. ( (

Sustancia E.

) )(

)

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) )(

)

Sustancia F. ( (

) )(

)

2. Suponga que tiene 50 gramos de B y que su temperatura inicial es de 20°C, para el agua tiene 200 gramos y su temperatura inicial es de 35°C con la información del numeral anterior determinar teóricamente la temperatura final del sistema. ( (

)( )(

) )

3. Con el aplicativo realizar la configuración del numeral 2 y comparar.

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Como podemos observar teórica y prácticamente nos resulta la misma temperatura final.

PASO 2. RESULTADOS. Los resultados obtenidos en esta parte de la práctica los recopilamos en las siguientes tablas. Para una temperatura de 208,15 K

Volumen inicial Volumen final Tabla 7.

26 cm3 18,13 cm3

Para una temperatura de 348,15 K Volumen inicial

26 cm3

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Volumen final Tabla 8.

30,36 cm3

GRAFICAS. A continuación se presentan las gráficas obtenidas para los dos procedimientos anteriores. Gráfica 7.

ECBTI TERMODINÁMICA 212065 Semestre 16-04 de 2019 Grafica 8.

ANALISIS Y DISCUSION DE RESULTADOS. 1. ¿Qué dice la Ley de Charles? La relación entre el volumen y la temperatura del gas fue descubierta por el físico francés Jacques Charles en 1787 y, de manera independiente por Joseph Louis Gay-Lussac, que la publicó en 1802. Sus estudios demostraron que, a una presión constante, el volumen de una muestra de gas se expande cuando se calienta y se contrae al enfriarse.

En 1848, Lord Kelvin comprendió el significado de dicho fenómeno. Identificó la temperatura de -273.15°C como el cero absoluto, teóricamente la temperatura más baja posible. Tomando el cero absoluto como punto de partida estableció entonces una escala de temperatura absoluta, conocida ahora como escala de temperatura Kelvin.

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2. Reporte el volumen inicial y final cuando la temperatura cambia de 298.15 K a 208.15 K El volumen inicial es de 26 centímetros cúbicos y el volumen final es de 18,13 centímetros cúbicos.

3. Reporte el volumen inicial y final cuando la temperatura cambia de 208.15 K a 348.15 K El volumen inicial es de 18,13 centímetros cúbicos y el volumen final es de 30,36 centímetros cúbicos.

4. Adjunte las gráficas obtenidas.

35

VOLUMEN (Cm3)

30 25 20 15 10 5 0 0

50

100

150

200

250

300

350

400

TEMPERATURA (K)

5. Si la presión es de 1 atm calcule los moles de aire si a 298,15 K hay un volumen de 26 cm3. ( )( ( )(

) )

ECBTI TERMODINÁMICA 212065 Semestre 16-04 de 2019 PASO 3. RESULTADOS. Los resultados obtenidos en este paso de la práctica serán generalizados de la siguiente manera.

n=1 T= 300 K

n=1 T= 300 K

GRAFICAS. En la gráfica 9 observamos lo que ocurre en el software para la primera presión.

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Grafica 9.

En la gráfica numero 10 observamos los valores que se registran para una presión numero dos ya enunciada anteriormente.

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Grafica 10.

ANALISIS Y DISCUSION DE RESULTADOS. 1. En la siguiente tabla se adjuntan los resultados obtenidos para las dos configuraciones. Tabla 9. Configuración 1 Presión (Pa) Numero de moles Temperatura (K) Volumen (m3) Trabajo (J)

Configuración 2

1 300

1 300

3822

4864

ECBTI TERMODINÁMICA 212065 Semestre 16-04 de 2019 2. Establezca el trabajo realizado por un mol de gas a 300 K que pasa de 1x10-3 m3 a 0.5x10-3 m3 analíticamente y realizar la configuración en la aplicación y comparar.

Comparando el resultado obtenido analíticamente y el resultado obtenido por medio de la aplicación podemos concluir que equivale a:

PASO 4. RESULTADOS. Para la transformación Isobara.

Para la transformación adiabática.

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ECBTI TERMODINÁMICA 212065 Semestre 16-04 de 2019 Para la transformación Isoterma.

Para la transformación Isocora.

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ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS. 1. Que significa un proceso isocoro, isotermo, isobaro y adiabático

Proceso isocoro: es el proceso de compresión por el cual el volumen de un gas permanece constante pero la presión y la temperatura de un gas varían.

Proceso isotérmico: En termodinámica, un proceso isotérmico es una transformación termodinámica a temperatura constante, es decir, una variación del estado de un sistema físico durante el cual la temperatura del sistema no cambia con el tiempo. Los dispositivos llamados termostatos pueden mantener un valor de temperatura constante.

Proceso isobárico: En termodinámica, un proceso isobárico es un cambio en el estado de una cierta cantidad de materia en la que la presión no

ECBTI TERMODINÁMICA 212065 Semestre 16-04 de 2019 cambia, pero sí una o más de sus variables de estado. Un ejemplo de esto es el aire en un cilindro con un pistón libremente movible al que se suministra calor. Debido al aumento de temperatura, el volumen aumentará, pero la presión se mantendrá constante. Proceso adiabático: Un proceso adiabático es un proceso termodinámico en el que el sistema no intercambia calor con su entorno. Un proceso adiabático puede ser además isotrópico, que significa que el proceso puede ser reversible.

El proceso adiabático proporciona una base conceptual rigurosa para la teoría utilizada para exponer la primera ley de la termodinámica y, como tal, es un concepto clave en termodinámica.

2. Registrar en una tabla los datos obtenidos.

Isocora

Isoterma

Isobara

Adiabático

Tabla 10. 3. Calcule el trabajo en condiciones de P constante cuando el volumen cambia de 1x10-3 m3 a 0.12x10-3 m3 de forma analítica y comparar con la información del aplicativo.

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Comparando el resultado obtenido analíticamente y el resultado obtenido por medio de la aplicación podemos concluir que equivale a los mismos resultados

ECBTI TERMODINÁMICA 212065 Semestre 16-04 de 2019 CONCLUSIONES.

Se puede concluir que al hacer constantes cualquiera de las diferentes variables que intervienen en una ecuación de gas ideal se obtienen los diferentes procesos termodinámicos como lo son isobárico, isotérmico, isocorico y adiabático.

La ley de charles es de gran uso para el cálculo de un volumen cuando se modifica la temperatura.

Se puede hallar el calor específico de cualquier sustancia en base al calor específico del agua, es de gran utilidad en el estudio de las diferentes propiedades y procesos termodinámicos.

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REFERENTES BIBLIOGRÁFICOS



link http://www.educaplus.org/game/calorimetria



link http://www.educaplus.org/game/ley-de-charles



link http://www.educaplus.org/game/transformacion-isoterma



link http://www.educaplus.org/game/transformaciones-termodinamicas