termodinamica

Resumen:
Bajo la hipótesis de sistema adiabático y calorímetro ideal, se analizó la
conservación de la energía en un proceso de mezcla de agua fría y agua caliente.

Introducción:
Se define como calor (Q) a la cantidad de energía intercambiada desde un cuerpo
más caliente hacia uno más frío. Esta transferencia de energía ocurre hasta que el
sistema (parte del Universo en estudio)se encuentre en equilibrio térmico. Se dice, por
tanto, que un sistema está en equilibrio térmico cuando ha alcanzado la condición de
estado estable, en la que no tiene lugar intercambio neto de energía entre cualquiera de
las partes del sistema y sus temperaturas son idénticas (temperatura final del equilibrio).

Llamamos sistema adiabático a aquel sistema aislado que no intercambiacalor con
el medio. Asimismo, un calorímetro ideal o perfecto es aquel que no intercambia calor
con las restantes partes del sistema, es decir que no entrega ni absorbe calor del resto del
sistema.

La capacidad calorífica de un cuerpo o sustancia se define por:

C = ∆Q / ∆T [1 ]

en donde ∆Q es la cantidad de calor que debe intercambiarse para efectuar un cambio
∆T en latemperatura. Mientras mayor sea el cuerpo, mayor será la cantidad de calor, por
lo tanto, se define el calor específico, c, de un cuerpo como la capacidad calorífica por
unidad de masa:

c = C / M [2]
donde M es la masa del cuerpo.

En consecuencia, y de acuerdo con esta definición, la cantidad de calor necesario
para elevar la temperatura de M gramos de un objeto es:

∆ Q = M c ∆T [3]
Transferencia de energía en forma de calor- M. I. Genna y M. F. Romano- Revisado por E. Rodríguez 2
Considerando un sistema adiabático, un calorímetro “ideal” y una mezcla de dos
masas de agua a distintas temperaturas, se sabe que después de un cierto tiempo se
alcanzará la misma temperatura final. Para calcular la temperatura de equilibrio se
recurre a la conservación de laenergía. Como no se efectúa trabajo mecánico, se
mantiene la energía térmica total del sistema. Por tanto, se puede escribir:

ganancia de calor (por una parte del sistema) + pérdida de calor (por otra parte del sistema) = 0 [4]

Esta ecuación de conservación se puede escribir en términos de masas, calores
específicos y diferencias de temperatura de los diversos componentes:

Mc ca(Tm-Tc) + Mf ca (Tm-Tf) = 0 [5]

donde:

Mc= masa de agua caliente
Mf = masa de agua fría
ca = calor específico del agua
Tm = temperatura de la mezcla en el equilibrio
Tc, Tf = temperaturas iniciales del agua caliente y fría, respectivamente

Tomando el módulo de la variación de temperatura y simplicando el calor
específico del agua (si suponemos insignificante la variación de ccon la temperatura),
obtenemos:

Mc |∆Tc | = Mf |∆Tf | [6]

El objetivo del experimento es analizar el grado de validez de la Ec. [6].


Método experimental:
Se utilizó un dispositivo compuesto por un termo, un termómetro conectado a la PC
(previamente calibrado), agua caliente (inicialmente cercana a la temperatura de
ebullición, ≈100 ºC) y fría (a temperatura ambiente) yuna balanza eléctrica (Fig.1).










Transferencia de energía en forma de calor- M. I. Genna y M. F. Romano- Revisado por E. Rodríguez 3





Fig.1: dispositivo experimental


El termo es un recipiente de vidrio Pyrex construido con una doble pared, el cual
soporta grandes variaciones de temperatura resistiendo las tensiones. Tiene un
recubrimientoplateado con el fin de producir la reflexión de la radiación incidente. Cabe
señalar que el espacio entre las paredes de vidrio está evacuado (vacío), lo que evita la
conducción del calor entre ambas.

La primera medición fue aquella en la cual se consideró como temperatura inicial
del agua caliente la cercana al punto de ebullición. La del agua fría, fue para todas las
mediciones la...