Termodinamica Fisica Ii

Laboratorio de Física II

Trabajo Práctico N° 3:
Máquina de Calor elevadora de Masa

Integrantes: _Andriano, Jonatan
_Baldassari, Facundo
_Borja, Gaston
_Krypner, Federico
_Viano, Cristian

2011

Introducción:
La máquina de calor consiste en un cilindro hueco con un pistón de grafito que se puede mover alo largo del eje del cilindro con muy poca fricción y que tiene una plataforma agarrada a él, que sirve para elevar masas. Conectado al cilindro, mediante una pequeña manguera, se encuentra una cámara de aire la cual consiste en una latita con un tapón de goma. Dicha cámara se sumerge alternativamente en reservorios de agua caliente y fría.
Al aumentar la temperatura de la cámara de aire,aumenta el volumen de gas en el cilindro por lo que la plataforma se eleva levantando la masa colocada sobre ella cierta distancia. Al enfriar la cámara la presión disminuirá disminuyendo el volumen y por lo tanto la masa descenderá.

Marco Teórico:
Trabajo mecánico hecho por o sobre el sistema.
| Consideremos, por ejemplo, un gas dentro de un cilindro. Las moléculas del gas chocan contralas paredes cambiando la dirección de su velocidad, o de su momento lineal. El efecto del gran número de colisiones que tienen lugar en la unidad de tiempo, se puede representar por una fuerza F que actúa sobre toda la superficie de la pared.   |
Si una de las paredes es un émbolo móvil de área A y éste se desplaza dx, el intercambio de energía del sistema con el exterior puede expresarsecomo el trabajo realizado por la fuerza F a lo largo del desplazamiento dx.
dW=-Fdx=-pAdx=-pdV
Siendo dV el cambio del volumen del gas.
El signo menos indica que si el sistema realiza trabajo (incrementa su volumen) su energía interna disminuye, pero si se realiza trabajo sobre el sistema (disminuye su volumen) su energía interna aumenta.
W=-VaVbp.dV

El trabajo total realizadocuando el sistema pasa del estado A cuyo volumen es VA al estado B cuyo volumen es VB.

Primera ley de la Termodinámica
La primera ley no es otra cosa que el principio de conservación de la energía aplicado a un sistema de muchísimas partículas. A cada estado del sistema le corresponde una energía interna U. Cuando el sistema pasa del estado A al estado B, su energía interna cambia enU=UB-UA
Supongamos que el sistema está en el estado A y realiza un trabajo W, expandiéndose. Dicho trabajo mecánico da lugar a un cambio (disminución) de la energía interna de sistema
U=-W
También podemos cambiar el estado del sistema poniéndolo en contacto térmico con otro sistema a diferente temperatura. Si fluye una cantidad de calor Q del segundo al primero, aumenta su energíainterna en
U=Q
Si el sistema experimenta una transformación cíclica, el cambio en la energía interna es cero, ya que se parte del estado A y se regresa al mismo estado, U=0. Sin embargo, durante el ciclo el sistema ha efectuado un trabajo, que ha de ser proporcionado por los alrededores en forma de transferencia de calor, para preservar el principio de conservación de la energía, W=Q.
*Si la transformación no es cíclica ∆U≠ 0
* Si no se realiza trabajo mecánico ∆U=Q
* Si el sistema está aislado térmicamente ∆U=-W
* Si el sistema realiza trabajo, U disminuye
* Si se realiza trabajo sobre el sistema, U aumenta
* Si el sistema absorbe calor al ponerlo en contacto térmico con un foco a temperatura superior, U aumenta.
* Si el sistema cede calor alponerlo en contacto térmico con un foco a una temperatura inferior, U disminuye.
Todos estos casos, los podemos resumir en una única ecuación que describe la conservación de la energía del sistema.
U=Q-W |
Si el estado inicial y final están muy próximos entre sí, el primer principio se escribe
dU=dQ-pdV
 

Transformaciones
La energía interna U del sistema depende únicamente del...