Experimento joule

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Trabajo de:

* Experimento de Joule
* Concepto de energía interna
* Condiciones del Proceso PVT

Experimento de Joule

Joule fue uno de los primeros científicos en demostrar que una forma de energía puede ser convertida en otras formas. En el famoso experimento de Joule 'rueda de paleta', usó un peso que se caía para jalar una cuerda que daba vuelta a la rueda de paleta sumergidaen un cubo de agua. Joule descubrió que la energía mecánica que el peso descendente soltaba era convertida por la rueda de paleta en energía proveniente del calor. Joule midió la cantidad de energía absorbida por el agua registrando la temperatura del agua antes y después que la rueda de la paleta empezara a moverse (la temperatura es una manera de medir la energía proveniente del calor tal comose discutió en otra lección. El concepto de la conservación de la energía se reconoce actualmente como la primera parte de una serie de leyes que define la transferencia y el comportamiento de la energía. Estas leyes son llamadas las Leyes de Termodinámica, y esta es la descripción de las dos primeras.
La Primera Ley de Termodinámica, a veces conocida como la ley de conservación de energía,enuncia que la energía no puede ser creada ni destruida, sólo puede ser convertida de una forma a otra. También argumenta que la totalidad de la cantidad de energía presente en el universo es constante.
La Segunda Ley de Termodinámica Enuncia que la entropía siempre aumenta en un sistema cerrado. Prácticamente, esto significa que la energía fluye 'hacia abajo', de un estado más alto a uno más bajo.Por ejemplo, si un objeto frío o caliente están uno al lado de otro, el calor pasará del objeto caliente al frío, y no al revés. Esto también quiere decir que la energía fluye de una forma de grado alto (por ejemplo energía mecánica) a formas bajas (por ejemplo calor). La rueda de Joule no sólo calentó el agua del cubo, sino que también aumentó la entropía del sistema, mezclando el agua yaumentando su evaporación. La segunda ley implica que la entropía total del universo siempre está aumentando.

Ejemplo detallado.

Se inicia el experimento colocando una masa de gas en A y haciendo el vacío en B. Todo el conjunto tendrá la temperatura del agua del calorímetro. Abriendo el robinete R, el gas encerrado en A se expande hasta ocupar el volumen de los recipientes A y B. Midiendo latemperatura del agua del calorímetro, se puede constatar que la temperatura no ha variado. Esto indica que el calor intercambiado entre el gas y el agua es cero Q = 0. Como el gas se expande en el vacío, es decir que no lo hace contra fuerzas exteriores, y además las paredes del recipiente A y B son rígidas, el trabajo de expansión We también será cero, We= 0.
Como el proceso debe cumplir el primerprincipio de la Termodinámica podemos aplicar la ecuación: Q = ΔU + We y teniendo en cuenta que tanto Q como We son nulos:
ΔU=0 es decir que no hay variación de energía interna en el proceso.
El experimento de Joule fue objetado por su poca precisión, ya que la capacidad calorífica de sus recipientes y del agua eran mucho mayor que la del gas. Las investigaciones posteriores demostraron que debíaobservarse una variación de temperatura, lo cual indicaba que Q no era cero. Sin embargo resultó que cuando más se acercaba el gas al estado ideal tanto más pequeña era la diferencia de temperatura, lo cual hace suponer que en una expansión libre de un gas ideal Q debe ser cero. Podemos entonces enunciar la ley de Joule diciendo que la energía interna de un gas ideal no varia como resultado de unaexpansión libre.

Energía interna

La energía interna es el resultado de la contribución de la energía cinética de las moléculas o átomos que lo constituyen, de sus energías de rotación, traslación y vibración, además de la energía potencial intermolecular debida a las fuerzas de tipo gravitatorio, electromagnético y nuclear.

Energía interna de un gas ideal

Para el caso de un gas...
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