Objetivo: El alumno determinara con los datos obtenidos en el laboratorio el trabajo desarrolladoen un proceso termodinámi...
Considerando que en la primera parte la temperatura permanece constante, calcular el trabajorealizado en un proceso isotér...
Cerrados: son aquellos que pueden intercambiar energía, aunque no materia, con los alrededores.Abiertos: aquellos que pued...
transforma en trabajo y el resto lo cede al medio exterior que se encuentra a menor temperatura.Ninguna máquina térmica al...
Naturalmente que la apertura de las válvulas de admisión y de escape, así como la producción dela chispa en la cámara de c...
1 Unidad térmica británica = 1 Btu = 777,9 pie-libra1 Unidad térmica británica = 1 Btu = 252 calorías1 Unidad térmica brit...
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Practica 3 "termodinamica" quimica aplicada

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Practica 3 "termodinamica" quimica aplicada

  1. 1. Objetivo: El alumno determinara con los datos obtenidos en el laboratorio el trabajo desarrolladoen un proceso termodinámico.Material: 1 vaso de precipitados de 250 ml. 1 termómetro. 1 pinza para vaso. 1 pinza universal. 1 mechero, anillo y tela c/asbesto. 1 jeringa de plástico graduada de 20 ml. 1 termómetro. 1 pesa de plomo grande.Reactivos: PDF = 585mmHg 760mmHg = 1.013x106 dinas/cm2 M embolo = 8g. D int = 1.82 cm. 1 cal = 41.3 atm*cm3Procedimiento.Primera parte. 1. Monte la jeringa como se indica en la figura 1 (sin la pesa de Plomo), anote el volumen inicial, a continuación ponga arriba del embolo la pesa de plomo, presione ligeramente y anote el volumen final (V2), a continuación quite la pesa de plomo y anote el nuevo volumen.Segunda parte. 1. Monte la jeringa como se indica en la figura 2. 2. Presione ligeramente y tome el volumen correspondiente a la temperatura ambiente del agua. 3. Calentar hasta 60°C, presionar ligeramente y anotar el volumen. 4. Continúe calentando y anotando los volúmenes a 80°C, 90°C y temperatura de ebullición del agua.Nota: el embolo de la jeringa debe estar lubricado.CuestionarioRegistre los datos obtenidos en el laboratorio.
  2. 2. Considerando que en la primera parte la temperatura permanece constante, calcular el trabajorealizado en un proceso isotérmico. W=nRTln(V2V1)Con los datos obtenidos en la segunda pate, calcular el trabajo realizado por el gas en cada una delas etapas. Como la presión permaneció constante: W=P(Vf-Vi)Determinar el trabajo total realizado por el gas. W=P(V5-V1)Compare el punto 4 con el obtenido en el punto 3 (sumando los trabajos de cada una de lasetapas). Si hay alguna diferencia indique porque.CálculosPEmbolo=FA=mgA=8g98cm-22.60cm2=0.003015385x106dinascm2P1=PDF+PEM=0.7797434x106 dinas cm-2+0.003015x106dinascm2=0.781758x106dinas cm-2P1=0.781758x106dinas cm-2(760mmHg)1.013x10-6dinas cm-2=589.69 mmHgP1=589.69mmHg(1atm)760mmHg=0.77atmTabla 1.n=P1V1RTamb=0.77 atm5x10-4l0.082 atm lmol °K293 °K=1.60x10-5molTabla 2.W=P(Vf-Vi)W1=PV2-V1=0.77atm5.5cm3-5cm3=0.385 atm cm3W1=9.32x10-3cal(4.184 J)1cal=0.038 JW2=PV3-V2=0.77atm6cm3-5.5cm3=0.385 atm cm3W2=9.32x10-3cal(4.184 J)1cal=0.038 JW3=PV4-V3=0.77atm6.3cm3-6cm3=0.231 atm cm3W3=5.59x10-3cal(4.184 J)1cal=0.023 JW4=PV5-V4=0.77atm6.7cm3-6.3cm3=0.308 atm cm3W4=7.45x10-3cal(4.184 J)1cal=0.031 JWT=PV5-V1=0.776.7cm3-5cm3=1.309 atm cm3WT=1.309 atm cm3(1 cal)41.3 atm cm3=0.031x10-3calWT=0.031x10-3cal(4.184 J)1cal=0.129 JWTmetodo1=0.031x10-3cal=0.031x10-3 cal=WTmetodo2WTmetodo1=0.13 J≈0.129 J=WTmetodo2Consideraciones teóricas de Termodinámica.Así, los sistemas termodinámicos que podemos estudiar, se pueden clasificar en:
  3. 3. Cerrados: son aquellos que pueden intercambiar energía, aunque no materia, con los alrededores.Abiertos: aquellos que pueden intercambiar materia y energía.Aislados: que no pueden intercambiar ni materia ni energía.Homogéneos: las propiedades termodinámicas tienen los mismos valores en todos los puntos delsistema. El sistema está constituido por una sola fase.Heterogéneos: las propiedades termodinámicas no son las mismas en todos los puntos delsistema. El sistema está constituidos por varias fases, separadas entre sí por una"frontera" llamada interface.Muy importante es indicar que las variables termodinámicas solo están definidas cuando elsistema está en equilibrio termodinámico. Esto significa que se den simultáneamente tressituaciones:Equilibrio térmico (que la temperatura no cambie).Equilibrio químico (que su composición no cambie).Equilibrio mecánico (que no se produzcan movimientos en el sistema).Algunos nombres para procesos específicos en los que el sistema cambia de estado son:Proceso isotérmico: la T permanece constante.Proceso isobárico: la P permanece constante.Proceso isométrico: el V permanece constante.El Primer Principio de la Termodinámica se refiere a que sólo pueden ocurrir procesos en los que laEnergía total del Universo se conserva.Segundo principio:“Cualquier proceso que ocurre espontáneamente produce un aumento de entropía del universo”Tercer principio:“La entropía de un elemento puro en su forma condensada estable (sólido o líquido) es cerocuando la temperatura tiende a cero y la presión es de 1 bar” de acuerdo con lo anterior, “Encualquier proceso isotérmico que implique sustancias puras, cada una en equilibrio interno, lavariación de entropía tiende a cero cuando la temperatura tiende a cero”.Calor y trabajoRelación entre calor y trabajoSi calor y trabajo son ambos formas de energía en tránsito de unos cuerpos o sistemas a otros,deben estar relacionadas entre sí.La consolidación de la noción de calor como una forma más de energía, hizo del equivalentemecánico un simple factor de conversión entre unidades diferentes de una misma magnitudfísica.Máquinas térmicasJunto a la conversión de trabajo en calor puesta de manifiesto en las experiencias de Joule, latransformación efectuada en sentido inverso es físicamente realizable. Los motores de explosiónque mueven, en general, los vehículos automóviles y la máquina de vapor de las antiguaslocomotoras de carbón, son dispositivos capaces de llevar a cabo la transformación del calor entrabajo mecánico. Este tipo de dispositivos reciben el nombre genérico de máquinas térmicas.En todas las máquinas térmicas el sistema absorbe calor de un foco caliente; parte de él lo
  4. 4. transforma en trabajo y el resto lo cede al medio exterior que se encuentra a menor temperatura.Ninguna máquina térmica alcanza un rendimiento del cien por cien. Esta limitación no es de tipotécnico, de modo que no podrá ser eliminada cuando el desarrollo tecnológico alcance un nivelsuperior al actual; se trata, sin embargo, de una ley general de la naturaleza que imposibilita latransformación íntegra de calor en trabajo.MOTORES DE COMBUSTION INTERNA. Son los que usan comúnmente los automóviles. Se llaman también motores de explosión.Estos nombres les fueron asignados debido a que el combustible se quema en el interior del motory no es un dispositivo externo a él, como en el caso de los motores diesel.¿CÓMO TRABAJAN LOS MOTORES DE COMBUSTIÓN INTERNA?Estos motores trabajan en cuatro tiempos que son la admisión, la compresión, la explosión y elescape.En el primer tiempo o admisión, el cigüeñal arrastra hacia abajo el émbolo, aspirando en el cilindrola mezcla carburante que está formada por gasolina y aire procedente del carburador.En el segundo tiempo se efectúa la compresión. El cigüeñal hace subir el émbolo, el cual comprimefuertemente la mezcla carburante en la cámara de combustión.En el tercer tiempo, se efectúa la explosión cuando la chispa que salta entre los electrodos de labujía inflama la mezcla, produciéndose una violenta dilatación de los gases de combustión que seexpanden y empujan el émbolo, el cual produce trabajo mecánico al mover el cigüeñal, que a suvez mueve las llantas del coche y lo hace avanzar.Por último, en el cuarto tiempo, los gases de combustión se escapan cuando el émbolo vuelve asubir y los expulsa hacia el exterior, saliendo por el mofle del automóvil.
  5. 5. Naturalmente que la apertura de las válvulas de admisión y de escape, así como la producción dela chispa en la cámara de combustión, se obtienen mediante mecanismos sincronizados en elcigüeñal. De acuerdo a la descripción anterior, comprendemos que si la explosión dentro delcilindro no es suave y genera un tirón irregular, la fuerza explosiva golpea al émbolo demasiadorápido, cuando aún está bajando en el cilindro.Este efecto de fuerzas intempestivas sacude fuertemente la máquina y puede llegar a destruirla.Cuando esto sucede se dice que el motor está "detonando" o "cascabeleando", efecto que se hacemás notorio al subir alguna pendiente.Indudablemente que este fenómeno también se observa cuando el automóvil está mal carburado,o sea que no tiene bien regulada la cantidad de aire que se mezcla con la gasolina. Sin embargo,cuando éste no es el caso, el cascabeleo se deberá al tipo de gasolina que se está usando, la cual asu vez depende de los compuestos y los aditivos que la constituyen, o sea de su octanaje.FACTORES CONVERSION COMUNES CONVERSION DE TEMPERATURA1 pulgada (1") = 2,54 cm1 pie (1) = 30,48 cm ºC = (ºF - 32)x 0,555l libra (1 lb) = 0,4536 kg ºF = 1,8xºC + 322202,6 libras = 1 tonelada (1 ton)1 lb/pulg² = 6,895 kPa CONVERSION DE PRESIÓN1 pulg de mercurio (Hg) = 3,386 kPa1 pulg agua = 249 Pa 1 atmósfera (1 atm) = 40,68 pulg agua1 atmósfera (1 atm) = 101,325 kPa 1 atmósfera (1 atm) = 0,76 pulg mercurio1 BTU (British Thermal Unit) = 1,054 kJ 1 atmósfera (1atm) = 14,70 lb/pulg²1 hph = 2,685 MJ 1 atmósfera (1atm) = 101300 NT/m²1 hp = 746 W 1 pulgada de agua = 0,1868 cm mercurio1,34 hp = 1 kW 1 pulgada de agua = 0,03613 lb/pug² 1 pulgada de agua = 249,1 NT/m² 1 pulgada de mercurio = 0,1934 lb/pulg² 1 pulgada de mercurio = 1333 NT/m² 1 libra/pulgada² = 6895 NT/m²CONVERSIÓN DE ENERGÍA1 Unidad térmica británica = 1 Btu = 0,0003929 hp-hora
  6. 6. 1 Unidad térmica británica = 1 Btu = 777,9 pie-libra1 Unidad térmica británica = 1 Btu = 252 calorías1 Unidad térmica británica = 1 Btu = 0,000293 kw-hora1 caballo de fuerza-hora = 1 hp-hora = 1980000 pie-libra1 caballo de fuerza-hora = 1 hp-hora = 641400 calorías1 caballo de fuerza-hora = 1 hp-hora = 0,7457 kw-hora1 pie-libra = 1 pie-lb = 0,3239 cal1 pie-libra = 1 pie-lb = 37660000 kw-hora1 caloría = 1 cal = 0,000163 kw-hora1 Unidad térmica británica/hora = 1 Btu/hora = 0,2161 lb-pie/seg1 Unidad térmica británica/hora = 1 Btu/hora = 0,0003929 hp1 Unidad térmica británica/hora = 1 Btu/hora = 0,07 cal/seg1 Unidad térmica británica/hora = 1 Btu/hora = 0,000293 kw1 libra-pie/seg = 1 lb-pie/seg = 0,001818 hp1 libra-pie/seg = 1 lb-pie/seg = 0,3239 cal/seg1 libra-pie/seg = 1 lb-pie/seg = 0,001356 kw1 caballo de fuerza = 1 hp = 178,2 cal/seg1 caballo de fuerza = 1 hp = 0,7457 kw1 caloría/segundo = 1 cal/seg = 0,004186 kwCONSTANTES DE INTERÉS Calor específico del agua a 0ºC 4217.6 J/K·kg 1 cal/K·g Calor específico del aire seco a presión constante y 0ºC 1004.67 J/K·kg 0.24 cal/K·g Calor específico del aire seco a volumen constante 717.63 J/K·kg 0.171 cal/K·g Calor específico del hielo a 0ºC 2106 J/kg·K 0.5 cal/K·g Calor específico del vapor agua a 0ºC (presión 1850 J/K·kg 0.44 cal/K·g constante) Calor específico del vapor agua a 0ºC (volumen 1390 J/K·kg 0.331 cal/K·g constante) Calor específico del vapor agua a 15ºC (presión 1875 J/K·kg constante) Calor latente de fusión del hielo a 0ºC 0.334 · 106 J/kg 80 cal/g Calor latente de sublimación del agua a 0ºC 2.83 · 106 J/kg Calor latente de vaporización del agua a 0ºC 2.50 · 106 J/kg 595 cal/g 6 Calor latente de vaporización del agua a 100ºC 2.26 · 10 J/kg 540 cal/g Calor latente de vaporización del agua a 20ºC 2.45 · 106 J/kg 585 cal/gConclusión:Si calentamos el agua en un recipiente y una jeringa tiene contacto con
  7. 7. el agua que se está calentando entonces el calor del agua es transferido a la jeringa y esta al gasque hay en la jeringa sellada y por lo siguiente el gas al aplicarle diferentes tipos de fuerzas y adiversas temperaturas este se comportara de forma diferente para cada caso.Bibliografía:Umland Bellama. Química general 1°ed. Internacional Thomson, 2000.D. f. Shriver, P. W. Atwins, C. H. Langford. Química inorgánica. Ed. Reverte S. A.Whitten, Davis, Peck. Química general. 5°ed. Mc Graw Hill.Shelman Alan Shelman Sharon Russkoff Leonel. Conceptos básicos de química. Compañía edit.Continental SA DE CV. MEXICO.Raymond Chang. Química. 6°ed. Mc Graw Hill.

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