Quimica

LAS LEYES DE LA TERMODINÁMICA
GOBBI, Alejandro Iván Instituto Nuestra Señora de Fátima, Cipolletti, Río Negro Profesor Guía: SALICA, Marcelo

INTRODUCCIÓN En el siguiente informe se desarrollará y se explicarán las cuatro principales leyes de la termodinámica, mediante una serie de demostraciones y experimentos sencillos realizados en el laboratorio, utilizando elementos accesibles yprocedimientos simples que se pueden efectuar en cualquier aula. Las leyes de la termodinámica que se desarrollarán serán: - Ley cero de la termodinámica o principio del equilibrio termodinámico. - Primera ley de la termodinámica o principio de la conservación de la energía. - Segunda ley de la termodinámica. - Tercera ley de la termodinámica. OBJETIVOS El objetivo principal del trabajo es alcanzar lacomprensión de algún tema de física de los que se enseñan en el secundario (en este caso las leyes de la termodinámica), mediante el desarrollo, la construcción y la prueba de un experimento simple realizable en el aula con elementos cotidianos, que permita estudiarlo y entenderlo.

MATERIALES EMPLEADOS Para la realización de este experimento son necesarios los siguientes elementos: - Vaso deprecipitado (el vaso de precipitado utilizado en el experimento original el de 1 litro de capacidad). [1]. - Termómetro que alcance una temperatura mayor a los 100ºC (por lo menos uno). - Soporte para termómetro. - Agua fría (7ºC-10ºC), agua tibia (28ºC-30ºC) y agua caliente (100ºC). - Colorante (se pueden utilizar colorantes artificiales o tinta). - Cubetera (de las utilizadas para hacer hielo en elfreezer o congelador). - Reloj o cronómetro.

[1] 1

DESARROLLO Y PROCEDIMIENTOS Para poder entender y realizar exitosamente el experimento primero se debe hacer una introducción a las leyes de la termodinámica. La termodinámica es la rama de la física que estudia la energía y la transformación entre sus distintas manifestaciones, como el calor, y su capacidad para producir un trabajo. La leycero de la termodinámica establece que si dos sistemas, Ay B, están en equilibrio termodinámico, y B está a su vez en equilibrio termodinámico con un tercer sistema C, entonces A y C se encuentran en equilibrio termodinámico. Este principio fundamental se enunció formalmente luego de haberse enunciado las otras tres leyes de la termodinámica, por eso se la llamó “ley cero”. La primera ley de latermodinámica, también conocida como ley de la conservación de la energía enuncia que la energía es indestructible, siempre que desaparece una clase de energía aparece otra (Julius von Mayer). Más específicamente, la primera ley de la termodinámica establece que al variar la energía interna en un sistema cerrado, se produce calor y un trabajo. “La energía no se pierde, sino que se transforma”. Lasegunda ley de la termodinámica indica la dirección en que se llevan a cabo las transformaciones energéticas. El flujo espontáneo de calor siempre es unidireccional, desde los cuerpos de temperatura más alta a aquellos de temperatura más baja. En esta ley aparece el concepto de entropía, la cual se define como la magnitud física que mide la parte de la energía que no puede utilizarse para producir untrabajo. Esto es más fácil de entender con el ejemplo de una máquina térmica: Una fuente de calor es usada para calentar una sustancia de trabajo (vapor de agua), provocando la expansión de la misma colocada dentro de un pistón a través de una válvula. La expansión mueve el pistón, y por un mecanismo de acoplamiento adecuado, se obtiene trabajo mecánico. El trabajo se da por la diferencia entreel calor final y el inicial. Es imposible la existencia de una máquina térmica que extraiga calor de una fuente y lo convierta totalmente en trabajo, sin enviar nada a la fuente fría. La entropía de un sistema es también un grado de desorden del mismo. La segunda ley establece que en los procesos espontáneos la entropía, a la larga, tiende a aumentar. Los sistemas ordenados se desordenan...