El documento presenta un experimento para demostrar las leyes de la termodinámica. Se realizaron tres experimentos usando hielo coloreado en agua a diferentes temperaturas. Los resultados mostraron que el hielo se disuelve más rápido a medida que aumenta la diferencia de temperatura entre el hielo y el agua, lo que ilustra las leyes cero, primera y segunda de la termodinámica.

1. INTRODUCCION
La termodinámica es una rama fundamental de la Química y Física, que se centra en el estudio
macroscópico de la naturaleza en equilibrio, sin embargo resulta en la mayoría de los casos muy
poco popular entre los estudiantes.
Esto puede ser debido a que el estudio termodinámico de un proceso quimicofísico se suele
abordar mediante un planteamiento matemático muy riguroso, donde la derivación de todas las
ecuaciones tiene un peso importante con lo que el estudiante pierde la visión macroscópica del
fenómeno estudiado.
La idea de esta página y de su contenido es acercar alestudiante a los procesos en sí, y mediante
ejemplos sencillos facilitarle el aprendizaje de la materia. No se ha tratado de escribir unos
apuntes que sustituyan a los muchos y buenos textos de Termodinámica Química existentes,
sino de complementarlos, y hacerlo de forma esquemática. Ciertamente, se requerirán unos
conocimientos matemáticos básicos, pero la termodinámica es una ciencia macroscópica y
nosotros, no hay que olvidarlo, hablaremos de propiedades medibles.

2. I. OBJETIVO
El objetivo principal del trabajo es alcanzar a comprender las leyes de la termodinámica
cualitativamente mediante eldesarrollo, la construcción y la prueba de un experimento simple
que permita estudiarlo y entenderlo.
II. FUNDAMENTO TEÓRICO
En el presente experimento se desarrollará y explicaran las cuatro principales leyes de la
termodinámica, mediante una serie de demostraciones y experimentos sencillos realizados en
el laboratorio utilizando elementos accesibles y procedimientos simples. 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 Para poder entender y realizar el experimento se debe
hacer una introducción a las leyes de la termodinámica. La termodinámica estudia
la energía y su transformación entre sus distintas manifestaciones como el calor y su
capacidad para producir un trabajo.
La ley cero de la termodinámica
Establece que si dos sistemas A y B están en equilibrio termodinámico y B esta a su vez
en equilibrio termodinámico con un tercer sistema C, entonces A y C se encuentran en
equilibrio termodinámico. Este principio fundamental es en un ciclo formalmente luego de
haberse enunciado las otras tres leyes de la
Termodinámica, por eso se la lamo “ley cero”.
También llamada ley de equilibrio térmico; debe entenderse como el estado en el
cual los sistemas equilibrados tienen la misma temperatura. Este concepto
fundamental, aun siendo ampliamente, aceptado,no fue formulado hasta después de
haberse enunciado las
Otras tres leyes. De ahí que recibe la posición cero.

3. Postulados:
Si dos sistemas están por separado en equilibrio con un tercero, entonces también
deben estar en equilibrio entre ellos. Si tres o más sistemas están en contacto térmico y
todos juntos en equilibrio, entonces cualquier par está en equilibrio por separado.
Primera ley de la termodinámica
La más importante de todas, también conocida como principio de conservación
de la energía, sostiene que la energía no puede ser creada ni destruida, sólo puede
transformarse de un tipo de energía en otro.
Postulados:
El trabajo necesario para cambiar el estado de un sistema aislado depende únicamente
de los estados inicial y final, y es independiente del método usado para realizar el
cambio
En una transformación adiabática: ∆ E = W.
Calor: cantidad de calor Q absorbido por un sistema es el cambio en su energía interna
que no se debe al trabajo.
La conservación de energía será:∆ E = Q + W
Segunda ley de la termodinámica
Esta ley sostiene que solamente se puede realizar un trabajo mediante el paso
del calor de un cuerpo con mayor temperatura a uno que tiene menor temperatura. Al
respecto,siempre se observa que el calor pasa espontáneamente de los cuerpos calientes
a los fríos hasta quedar a la misma temperatura. También da una definición precisa de
una propiedad llamada entropía (fracción de energía de un sistema que no es posible
convertir en trabajo).

4. Para entenderla,la entropía puede considerarse como una medida de lo próximo o no
que se halla un sistema al equilibrio; también puede considerarse como una medida
del desorden (espacial y térmico) del sistema.
Pues bien, esta ley afirma que la entropía, el desorden, de un sistema
aislado nunca puede decrecer. Por tanto,cuando un sistema aislado alcanza una
configuración de máxima entropía, ya no puede experimentar cambios: ha alcanzado el
equilibrio.
Propiedades de la entropía (S):
Los valores que toman las variables extensivas son los que maximizan S
consistentes con los parámetros externos, la entropía de un sistema compuesto es la
suma de las entropías de sus subsistemas.
Tercera ley de la termodinámica
Se afirma que el cero absoluto no puede alcanzarse por ningún
procedimiento que conste de un número finito de pasos. Es posible acercarse
indefinidamente al cero absoluto, pero nunca se puede llegar a él.
Es importante recordar que los principios o leyes de la termodinámica son sólo
generalizaciones estadísticas, válidas siempre para los sistemas macroscópicos,
pero inaplicables a nivel cuántico.
Asimismo, cabe destacar que elprimer principio, el de conservación de la energía, es
una de las más sólidas y universales de las leyes de la naturaleza descubiertas hasta
ahora por la ciencia.

5. III. PARTE EXPERIMENTAÑ
MATERIALES, INSTRUMENTOS Y REACTIVOS
 Vaso de precipitado de 1L de capacidad
 Termómetro de -10°C a 110°C
 Termostato o equipo de baño maría
 Congelador o refrigerador
 Cronometro
 Agua fría y caliente
 Hielo
 Colorante (artificial o tinta)
 Hielo coloreado
PROCEDIMEIENTO
Experimento con agua fría a 10°C
 Prepararlos cubos de hielo con un colorante o tinta. Hay que dejarlos en elfreezer
alrededor de tres horas para que queden sólidos.
 Preparar un vaso precipitado con agua fría a 10°C (agua helada) para la primera
parte del experimento. Tomar la temperatura del agua para compararla luego con
la temperatura final introduciéndolo el termómetro en el agua.
 Preparar el cronometro e introducir el primer cubo de hielo coloreado en el agua.
A los pocos segundos se pueden ver los primeros rasgos de colorante pero al
minuto y medio se observan líneas de colorante en forma de flujo laminar
descendiendo por un costado del vaso y agua comienza a tomar color.
 Medir el tiempo que tarda el hielo coloreado en disolverse y observe el colorante
en el agua,medir la temperatura final del experimento y la temperatura ambiente.
Interpretación
Aquí se puede establecer una relación con la ley cero de la termodinámica:
cuando el agua (sistema A) establece contacto con el hielo (sistema B) ambos
intentan llegar a un equilibrio termodinámico. A su vez, estos dos sistemas
buscan el equilibrio termodinámico con un tercer sistema,el aire (sistema C) por
lo que en algún momento los tres sistemas alcanzarán este equilibrio.
Experimento con agua tibia a 28°C
 Realizar el mismo procedimiento que el paso anterior. Al introducir el hielo el
colorante empieza a bajar casiinstantáneamente pero esta vez en forma de flujo
turbulento, llegará hasta el fondo del vaso y comenzara a difundirse por los
laterales. Al minuto de iniciando el experimento todo el vaso estará coloreado
y se puede ver el colorante bajando velozmente por la diferencia de
temperaturas.
 Medir la temperatura final del experimento y el tiempo final que tarde en
disolverse el hielo coloreado y el color en toda el agua.
Experimento con agua en su punto de ebullición
 Realizar los mismos procedimientos que el primer experimento. Al introducirse
el hielo coloreado en el agua hervida, el intercambio de calor es más bruco, el
colorante descenderá en forma de flujo turbulento por el costado del vaso y se
difundirás más rápidamente. En este experimento del agua pierde más calor que
el experimento 1 o 2, por esto, la diferencia de temperatura es mayor entre la
temperatura inicial y final.
 Medir la temperatura final del experimento y el tiempo que el hielo coloreado se
disuelve y ver el colorante difundido uniformemente con todo el vaso.

6. IV. NOTACION DATOS Y CALCULOS.
A- Experimento con agua fría a 10ºC
Temperatura ambiente: 16
T1: 16
T2:12
El proceso de descongelación del agua se dio muy lento.
Tiempo empleado: 16.07min
B- Experimento con agua a 28
Temperatura ambiente: 16
T1: 28
T2: 24
El proceso demoro menos respecto al primer experimento.
Tiempo empleado: 3.18min
C- Experimento con agua en su punto de ebullición.
Temperatura ambiente: 16
T1: 82
T2: 78
El proceso fue instantáneo
Tiempo empleado: 0.31seg

7. CONCLUSIONES
Del experimento anteriormente realizado se puede concluir lo siguiente, respecto a cada una de
las leyes explicadas y su demostración:
Ley cero de la termodinámica: se pudo ver que al ingresar el hielo en el agua, ambos sistemas
intentaban llegar a un equilibrio termodinámico, no sólo entre ellos, sino que también con un
tercer sistema que era elaire. Eventualmente los tres sistemas alcanzarían el equilibrio
termodinámico. El mejor ejemplo se ve en el primer paso, en el cual la temperatura del agua
aumentó un poco debido a la temperatura del aire, cuando debería haber disminuido al brindarle
calor al hielo.
Primera ley de la termodinámica: Al poner el hielo en el agua, el agua cedió calor al hielo para
poder alcanzar el equilibrio termodinámico, por lo tanto la temperatura del agua bajó; pero la
cantidad de calor no cambió, sino que se distribuyó.
Segunda ley de la termodinámica: Se puede ver claramente que el hielo recibe calor del agua,
aumenta su temperatura y cambia a estado líquido. Aquí es cuando comienza a liberar colorante.
Si tomamos a la entropía como el grado de desorden de las partículas de un sistema, podemos
ver un claro ejemplo de ella comparando los tres pasos. En el primer caso,el colorante no se
diluyó completamente; en el segundo, el colorante se diluyó, pero no de forma inmediata; pero
en el tercero,el colorante formó una mezcla homogénea de forma casi inmediata. Esto significa
que la entropía fue mucho mayor en el último caso que en los anteriores, ya que las partículas de
colorante alcanzaron su grado máximo de desorden al diluirse por completo en el agua. En
cambio en el primer paso las partículas permanecieron relativamente más ordenadas al
acumularse en el fondo. Aquí la entropía no alcanzó su valor máximo. Esta ley se puede aplicar
a las máquinas térmicas, las cuales tienen mayor rendimiento y producen un trabajo mayor si la
diferencia entre la temperatura del sistema 1 y la del sistema 2 es superior. Para esto las
máquinas térmicas utilizan radiadores, que bajan la temperatura del sistema 2, para que así el
intercambio de calor sea mayor. Estos radiadores son necesarios,sino la entropía aumenta tanto
que el intercambio calórico no es efectivo.
Tercera ley de la termodinámica: para poder alcanzar una temperatura igual al cero absoluto se
necesitaría un sistema que tuviera una temperatura menor a esta (segunda ley de la
termodinámica), lo cual es imposible. Según lo visto en el experimento, con las muestras
obtenidas de la temperatura,se necesita mucha diferencia de temperatura para lograr reducirla
notablemente en un sistema, y debe estar aislado del entorno (sistemas adiabáticos). En este
caso la masa inicial de agua tiene menor entropía que la masa final de agua, demostrando esta
tercera ley de la termodinámica.

8. RECOMENDACIONES.
 Las temperaturas medidas deben estar hechas con cuidado, para poder de
esta forma hacer los cálculos del tiempo mas precisoa, y poder observar
la gran diferencia que existe entre estados, a la hora de decongelar el
hielo, y posteriormente medir el tiempo.
 La medición del tiempo debe estar coordinado con el proceso de
instalación del hielo en el vaso, hasta el punto en que este se decongele.
 Comparar los resultados del tiempo, de acuerdo a los tres procesos
realizados.
 Un integrante del grupo debe llevar los cálculos mostrados por los
compañeros del grupo, paa no perder ningún detalle.

9. REFERENCIA BIBLIOGRAFICA
 Atkins P. “Fisicoquímica” 2da. Edición. Ed. Fondo Educativo
Interamericano, México, 1986, pág: 204 – 205.
 Castellan G. “Fisicoquímica” 2da. Edición. Ed. Fondo Educativo
Interamericano, EEUU, 1987, pág: 106, 144. 312-313;324,337.
 Maron S. Prutton “Fundamentos de Fisicoquímica” 1era. Edición. Ed.
Limusa, México, 1968, pág: 269 – 272.
 Pons Muzzo Gastón “Fisicoquímica” 6ta Edición Ed. Universo, Lima,
1985, pág: 271 – 274. 272,273,413,418.