INFORME EQUILIBRIO TERMICO LABORATORIO DE FÍSICA II
PRESENTADO POR:
JOSE IGNACIO CASTRO CASSALETH
GRUPO: AD
PRESENTADO A: ING. HAROLD VILLAMIL AGAMEZ
UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DEL CARIBE DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BÁSICAS 2º SEMESTRE DEL 2011 2011-09-06
1. MARCO TEORICO. La temperatura es una magnitud referida a las nociones comunes de caliente o frío (el frio no existe simplemente es la ausencia de calor). Por lo general, un objeto más "caliente" que otro puede considerarse que tiene una temperatura mayor, y si es frío, se considera que tiene una temperatura menor. En física, se define como una magnitud escalar relacionada con la energía interna de un sistema termodinámico, definida por el principio cero de la termodinámica. Más específicamente, está relacionada directamente con la parte de la energía interna conocida como "energía sensible" o energía cinética, que es la energía asociada a los movimientos de las partículas del sistema, sea en un sentido traslacional, rotacional, o en forma de vibraciones. A medida de que sea mayor la energía sensible de un sistema, se observa que éste se encuentra más "caliente"; es decir, que su temperatura es mayor. Dos cuerpos se encuentran en equilibrio térmico, entonces estos cuerpos tienen la misma temperatura. Se consideran entonces dos sistemas en contacto térmico, dispuestos de tal forma que no puedan mezclarse o reaccionar químicamente. Consideremos además que estos sistemas están colocados en el interior de un recinto donde no es posible que intercambien calor con el exterior ni existan acciones desde el exterior capaces de ejercer trabajo sobre ellos. La experiencia indica que
al cabo de
un tiempo estos
sistemas alcanzan
un estado
de equilibrio
termodinámico que se denominará estado de equilibrio térmico recíproco o simplemente de equilibrio térmico. La ley cero de la termodinámica es un postulado que indica, que si se tiene un cuerpo A con temperatura
y un cuerpo B con temperatura
,
si dichos cuerpos se ponen en contacto, luego
de un determinado tiempo los dos alcanzaran la misma temperatura. Más tarde un tercer cuerpo C con temperatura se pone en contacto con los dos cuerpos A y B, entonces los tres cuerpos alcanzaran la misma temperatura luego de un determinado tiempo. También esta ley se puede interpretar de otra forma, si un cuerpo A esta en equilibrio térmico con un cuerpo B, y este a su vez esta en equilibrio térmico con un cuerpo C, entonces los cuerpos A y C estarán en equilibrio térmico.
La dirección de flujo de calor la determina el cuerpo que este a menor temperatura, puesto que a este cuerpo es al cual se le transfiere el calor para llegar al equilibrio; donde el flujo de calor no existe, es nulo. Las condiciones que se necesitan principalmente , es que los dos sistemas tengan diferentes temperaturas inicialmente y que cada uno de los sistemas este aislado antes de ponerse en contacto, luego al ponerse en contacto la transferencia de calor dará comienzo hasta que los cuerpos tengan la misma temperatura en un tiempo determinado.
2. DESARROLLO. 2.1. Trace un diagrama de las dos temperaturas del agua en función del tiempo y construya una curva (ºC) y una (ºC). Tabla 1. Aquí se anotaron los valores arrojados por los dos termómetros en un intervalo de 30 segundos cada uno y por último se obtuvo un valor a los 10 minutos, donde es posible observar que ya el sistema estableciendo equilibrio térmico con el ambiente, y eso es notable cuando la temperatura de ambos comienza a bajar después de un tiempo determinado.
Tiempo (min)
(ºC)
(ºC)
0,5
64
34
1,0
57
38
1,5
53
41
2,0
50
42
2,5
48
44
3,0
48
45
3,5
47
46
4,0
46
46
4,5
46
46
5,0
46
46
10,0
45
45
Grafica.
Nuevamente se puede observar en la g rafica desde el minuto 5 como baja la temperatura ya que el sistema en su totalidad se comienza a establecer en equilibrio térmico con el medio que lo rodea después de un determinado tiempo.
2.2. Enuncie la ley cero de la termodinámica. La ley cero de la termodinámica es un postulado que indica, que si se tiene un cuerpo A con temperatura
y un cuerpo B con temperatura
,
si dichos cuerpos se ponen en contacto, luego
de un determinado tiempo los dos alcanzaran la misma temperatura. Más tarde un tercer cuerpo C con temperatura se pone en contacto con los dos cuerpos A y B, entonces los tres cuerpos alcanzaran la misma temperatura luego de un determinado tiempo. También esta ley se puede
interpretar de otra forma, si un cuerpo A esta en equilibrio térmico con un cuerpo B, y este a su vez esta en equilibrio térmico con un cuerpo C, entonces los cuerpos A y C estarán en equilibrio térmico.
2.3. a) Explique qué ocurre cuando varios cuerpos a temperaturas diferentes se ponen en contacto. Cuando varios cuerpos a temperaturas diferentes se ponen en contacto, como explica la ley cero de la termodinámica luego de un determinado tiempo dichos cuerpos se encontraran en equilibrio térmico, esto se debe a la transferencia de calor que ocurre desde el cuerpo con mayor temperatura hacia el cuerpo con menor temperatura con el propósito de que todo el sistema se encuentre en equilibrio térmico, al momento de que varios cuerpos con diferentes temperaturas se ponen en contacto dichos cuerpos integraran un solo sistema.
b) Que condiciones se necesitan para que se produzca transferencia de calor entre dos sistemas (cuerpos). Las condiciones que se necesitan principalmente, es que los dos sistemas tengan diferentes temperaturas inicialmente y que cada uno de los sistemas este aislado antes de ponerse en contacto, luego al ponerse en contacto la transferencia de calor dará comienzo hasta que los cuerpos tengan la misma temperatura en un tiempo dete rminado.
2.4. Explique qué ocurre con el sistema experimentado una vez que se alcanza el equilibrio. Con el sistema experimentado, entre la matraz erlenmeyer y el vaso de precipitados, una vez que se alcanza el equilibrio térmico, la temperatura comienza a descender, esto se debe a que el sistema no se encuentra aislado totalmente hay otros cuerpos en contacto con el sistema los cuales influyeron en el descenso de la temperatura total del sistema, como la mesa sobre el cual se hizo la experiencia, o la temperatura ambiente del salón. Por la razón dada anteriormente, es necesario tratar de eliminar todos los factores influyentes en este tipo de experiencias, la temperatura ambiente juega un papel importante puesto que el sistema también tratara de alcanzar el equilibrio térmico con dicha temperatura ambiente, y la temperatura del sistema seguramente seguiría descendiendo una vez terminada la practica hasta alcanzar el equilibrio térmico con todos los factores que lo rodean. Es por esto que en la grafica después de los 5 minutos la temperatura del sistema comenzó a descender de 46 a 45 grados Celsius.
3. CUESTIONARIO.
3.1. Explique porque es incorrecto decir que la materia contiene calor. Los cuerpos están formados por materia, y el calor no puede ser contenido por un cuerpo, el fenómeno del calor se llama energía cinética molecular, entre más rápido se muevan las moléculas del cuerpo el cuerpo adquirirá mayor temperatura, el calor es energía por esta razón su unidad de medida es el Joule (J), cuando se habla de transferencia de calor en realidad se está hablando de transferencia de energía, y al momento de que dos cuerpos alcanzan equilibrio térmico las moléculas de un cuerpo le transfieren parte de su energía mediante choques a las de otro cuerpo con menor energía cinética, a fin de que la energía cinética media de todo el sistema sea la misma.
3.2. Explique porque los lagos y los tanques se congelan de arriba hacia abajo. Cuando dos cuerpos A y B están en contacto, en este caso A es el lago o el estanque, y B el aire con temperatura ambiental, y dichos cuerpos tienen temperatura diferente, el cuerpo con mayor temperatura cederá calor al cuerpo con menor temperatura a fin de alcanzar equilibrio térmico y formar un solo sistema, las partículas del cuerpo con mayor energía cinética mas cercanas a las partículas del cuerpo con menor energía cinética cederán parte de su energía mediante choques con el fin de tener una energía cinética media igual, por esta razón al ser las partículas de las superficie del lago o del estanque las más cercanas al aire con temperatura ambiente baja, dichas partículas cederán energía cinética al medio ambiente con el fin de alcanzar el equilibrio y poco a poco desde la superficie hasta el fondo del lago se alcanzara el equilibrio térmico, por esta razón es que la superficie del lago se congela primero y así seguirá congelándose el agua del lago o el estanque hasta estar en equilibrio con el aire del ambiente a baja temperatura.
3.3. Que se quiere decir cuando se afirma que un termómetro mide su propia temperatura. Esto quiere decir que no mide la temperatura del cuerpo en contacto con el termómetro como tal si no su misma temperatura ya que el termómetro permanece en contacto con el objeto hasta alcanzar la misma temperatura del objeto, y la temperatura que es posible leer es la temperatura que alcanzo el termómetro una vez después de un determinado tiempo. Por ejemplo, cuando una persona presenta fiebre su temperatura corporal aumenta, al momento de establecer contacto con el termómetro, esta le transfiere calor al termómetro de tal manera que el termómetro adquiere la misma temperatura de la persona y es posible la lectura de la medición que hizo el termómetro para conocer la temperatura corporal de la persona.
3.4. Explique el siguiente caso: Si se deja caer una piedra caliente en un cubo de agua, la temperatura de la piedra y la del agua cambiaran hasta ser ambas iguales. La piedra se enfría y el agua se calienta. ¿Es válido el mismo principio si se deja caer la piedra caliente en un lago grande? Si es válido el mismo principio lo que sucede es que la proporción de agua o materia en este caso es tanta que el incremento de temperatura del agua no es fácil de percibir, la energía no desaparece no es posible destruirse solo se transfiere a lo largo de todas las partículas del lago.
3.5. ¿Que determina la dirección del flujo de calor entre dos cuerpos? Explique su respuesta. La dirección de flujo de calor la determina el cuerpo que este a menor temperatura, puesto que a este cuerpo es al cual se le transfiere el calor para llegar al equilibrio; donde el flujo de calor no existe, es nulo.
4. CONCLUSIÓN.
Durante la experiencia fue posible observar, como jugaba un papel importante la ley cero de la termodinámica, se observo gráficamente y mediante tablas como los sistemas en contacto se establecen en equilibrio térmico, mediante el choque de partículas con energía cinética mayor para poder transferir calor de un sistema con mayor temperatura a un sistema con menor temperatura, ya se conocen las razones por la cual el calor es transferido, y de qué forma se transfiere, recordando siempre que el calor es energía y la energía no se crea ni se destruye simplemente se transfiere a lo largo de los cuerpos o la materia.
5. BIBLIOGRAFIA.
- Física Universitaria Sears and Zemansky Vol. 1- 11ª Edición. Capitulo 17. Temperatura y Calor. - http://www.quimicaweb.net/grupo_trabajo_ccnn_2/tema3/index.htm. - http://www.monografias.com/trabajos27/transferencia-calor/transferencia-calor.shtml.
INTRODUCCION.
La practica comenzó con una breve explicación del profesor auxiliar de laboratorio acerca de la temperatura y el calor, y el equilibrio térmico, posteriormente se procedió a dar inicio a la experiencia, que esta vez trato de equilibrio térmico, ¿cuando una serie de sistemas o cuerpos se encuentran en equilibrio térmico?, ¿qué quiere decir equilibrio térmico?, y ¿cómo era posible que ocurriera eso a través de unos postulados como la ley cero de la termodinámica?. Se anotaron en una tabla los resultados, y se procedió a realizar un diagrama de los resultados obtenidos en la experiencia. En este informe esta detallado paso por paso como se realizo la práctica de laboratorio.
