Experimentos Sencillos De Termodinamica

LEYES DE LA TERMODINÁMICA
1. TEMA: Expansión de un gas y Temperaturas bajo Cero.
MATERIALES:
* Termómetro
* Recipiente
* Manguera o conducto de plástico
* Difusor para pecera
* Gas Natural Licuado envasado (aerosol)

PROCEDIMIENTO:
Colocar un poco de agua tibia en el recipiente, más o menos hasta la mitad.
Conectar manguera, en un extremo poner el difusor, y en elotro colocar uno de los picos que trae consigo el aerosol de gas envasado.
Con el termómetro, medir la temperatura inicial del agua. Se puede dejarlo dentro del agua durante el proceso, o colocarlo al finalizar el experimento para medir la temperatura final del agua.
Para terminar, poner el aerosol en posición vertical, y presiona la válvula para que salga el gas.

FUNCIONAMIENTO:
Si algunavez inflo las ruedas una bicicleta con una bomba manual o inflador, habrá notado que el aire se calienta mucho al ser comprimido del mismo modo, pero a la inversa, cuando un gas se expande “se enfría” (su temperatura baja).
Pero vamos a profundizar un poco mas en lo que realmente sucede en este experimento de termodinámica.
De la primera Ley de la Termodinámica, sabemos que el calor cedido en unsistema, es igual al trabajo más el cambio de la energía interna del mismo. Esto puede expresarse mediante la siguiente fórmula:

Allí, “Q” es el calor que entra o sale de del sistema, “W” es el trabajo que se realiza sobre el sistema o que el sistema hace sobre el medio, y “Dela U” es el cambio de la la energía interna del sistema. Esta energía interna generalmente se asocia con la temperatura.El proceso se realiza muy rápido y podemos suponer que es adiabático, es decir, el calor “Q” es cero, lo que indicaría que el gas no intercambia calor con el sistema. Este tipo de procesos se denomina adiabático, y como en este caso se trata te la expansión de un gas, es llamado expansión adiabática.
Gráficamente, podemos representarlo así:

Al ser cero el calor, la fórmula quedaría así:El gas cambia su presión, la disminuye, y aumente su volumen. Inicialmente se encuentra en el punto A, y luego de expandirse en el B. El área que se encuentra debajo de la curva, que va desde A hasta B, representa el trabajo realizado en el proceso. En nuestro caso, el sistema realiza un trabajo sobre el medio y de algún lugar tiene que sacar la energía para llevarlo a cabo. Como dijimos que no hayintercambio de calor, esta energía la obtiene de la energía interna del gas. Como ya vimos antes, la energía interna está relacionada con la temperatura del sistema, es por eso que la temperatura del gas disminuye al expandirse en este experimento de termodinámica.
Pero el gas queda a temperaturas bajo cero luego de la expansión, mientras que el agua con la que entran en contacto tiene unatemperatura mucho más alta.
Por otro lado, sabemos que el calor sólo puede fluir de una fuente “más caliente” a una “más fría”, pero no a la inversa. Es eso justamente lo que sucede. El agua “transfiere calor” al gas y eso hace que su temperatura disminuya.
Si bien las cantidades de gas emanadas son pequeñas, procura no hacer el experimento en un lugar cerrado, ni inhalarlo.

2. TEMA: Maquinatérmica

Al colocar una olla pequeña con tapa para hervir agua sobre la parrilla de la estufa, se observa que cuando aumenta la presión, el vapor caliente la levanta y escapa, y regresa a su posición. Enseguida se forma nuevamente suficiente vapor caliente y se repite el ciclo. Este proceso demuestra que el vapor caliente realiza trabajo mecánico al expandirse, lo que hace que su energía internadisminuya. Si se requiere que el movimiento de la tapa continúe, una de las formas seria recoger el vapor de agua que escapa, enfriarlo para que condense y regresarlo nuevamente a la olla.


Esto último es el principio de funcionamiento de la máquina de vapor, que fue la cauda de la primera revolución industrial.
Una maquina térmica transforma en trabajo mecánico algún tipo de energía interna...