Descripción: Practica de quimica basica de la ESIME Zacatenco
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Practica No. 2 de Quimica General ll
Descripción: OBJETIVO El alumno determinará con los datos obtenidos en el laboratorio el trabajo desarrollado en un proceso termodinámico. MARCO TEÓRICO El estudio del calor y su transmisión en energía se ...
Manual Química
INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA CAMPUS ZACATENCO
Reporte de Práctica 3: TERMODINAMICA Estevez Rodriguez Fernando !"#3!!$3$ %e&n Mart'nez Edgar O(ar !"#3!!)*! +ernández ,&(ez David Arturo !"#------
OBJETIVO El alumno determinara con los datos obtenidos en el laboratorio el trabajo desarrollado en un proceso de termodinámica
CONSIDERCIONES TEORICS
Trabajo termodinámico El concepto pro!iene ori"inalmente de la #ecánica$ Se de%ine el trabajo mecánico in%initesimal &ue la %uer'a f (ace para despla'ar una part)cula en un tra*ecto
d l como
δW = f . d l
Donde + si"ni%ica &ue en "eneral, el trabajo depende de la tra*ectoria ele"ida * no solo de los estados inicial * %inal$ En Termodinámica se de%ine el trabajo termodinámico en un proceso dado como el trabajo reali'ado por las %uer'as &ue durante el proceso los alrededores ejercen sobre el sistema
F ext
$
De este modoδW > 0 si es realizado sobre el sistema δW < 0 si es realizado por el sistema
Se dice &ue el criterio de si"nos utili'ado es un criterio e"o)sta$ El objeti!o a(ora será tratar de e.presar el trabajo termodinámico en un proceso en %unci/n de las !ariables macrosc/picas propias de la Termodinámica$ Supondremos un proceso in%initesimal tal &ue los estados inicial * %inal están mu* pr/.imos * los estados intermedios son de e&uilibrio$ Consideraremos además 0nicamente sistemas cerrados, sin intercambio de materia$ Comencemos como ejemplo con un "as contenido en un sistema cilindro1pist/n$ 2a %uer'a &ue ejerce el "as sobre el pist/n será F = PA i o de otro modo, la %uer'a &ue el pist/n ejerce sobre el "as es F ext =− PA i entonces δW = F ext . d x =− PAi =− PdV ⃗
Siendo dV la !ariaci/n in%initesimal del !olumen del cilindro$ De este modo (emos e.presado el trabajo en t3rminos de una !ariable macrosc/pica intensi!a 456 * otra e.tensi!a 4V 6$ Si el trabajo es de e.pansi/n, dV 7 8 9: +; < 8 4reali'ado por el sistema6 * si es de compresi/n, dV < 8 9: +; 7 8 4reali'ado sobre el sistema6
2os sistemas en &ue el trabajo se puede e.presar de esa %orma se denominan e.pansi!os$ 2a notaci/n + indica &ue el trabajo no se puede e.presar directamente como la !ariaci/n de una coordenada termodinámica, sino &ue depende del camino recorrido$ Se dice &ue es una di%erencial ine.acta$ En un proceso %inito, 0
W c =∫ δ W c
DE=- El TRBJO #ECNICO se de%ine como la ener")a &ue se trans%iere entre un sistema termodinámico * sus alrededores cuando entre ambos se ejerce una %uer'a * se produce un despla'amiento$ Ejemplo- Sistema (idrostático, es decir descrito por las !ariable 5, V, T$ > Sistema- ?as en el interior de un pist/n$ > lrededores- 3mbolo @tili'ando el 3mbolo se aplica una %uer'a = sobre la pared m/!il del pist/n, de super%icie S$ Cuando se establece el e&uilibrio mecánico
P=
F S
$
$ Cálculo del Trabajo en un Sistema Aidrostático$ Cálculo del trabajo en un proceso elemental o di%erencialδW = P . dV
46 Comentarios> i$6 Si no (a* despla'amiento, es decir, no (a* !ariaci/n en el !olumen, el trabajo es nulo$ dV 8 +; 8$
> ii$6 El trabajo en una e.pansi/n es positi!o$ Si el sistema se e.pande 7 dV 7 8$ En ese caso el trabajo es reali'ado por el sistema sobre los alrededores$ 5or tanto el trabajo es positi!o- 5 dV 7 8$ > iii$6 2as unidades de trabajo en el SI son los Julios- 5F G VF
N m ² G mH$ Tiene unidades de
ener")a$ Cálculo del trabajo en un proceso %inito e irre!ersibleV 2
∫
W = P ( V ) dV V 1
46 Comentarios > El trabajo reali'ado en un proceso termodinámico admite una interpretaci/n o representaci/n "rá%ica en t3rminos del área encerrada debajo de la cur!a 5 4V6 asociada a ese proceso$ > N/tese como el si"no corresponde al &ue nos da la inte"ral$ > El trabajo depende no solo de los estados inicial * %inal$ Depende del camino concreto &ue (a*a se"uido ese proceso$ > El trabajo no es una %unci/n de estado$ El trabajo está asociado al proceso termodinámico, * no a un estado DE=INICION DE TRBJO TER#ONDIN#ICO Se dice &ue un sistema e%ect0a un trabajo cuando el 0nico e%ecto e.terno al sistema pudiese ser el le!antamiento de un peso$ Es de suma importancia destacar &ue el trabajo se de%ine como una interaccion entre el sistema * sus alrededores$ un sistema no se le puede asi"nar un trabajo 4no es al"o &ue ten"a un sistema6 * por lo tanto no es una propiedad termodinámica El trabajo tambi3n se de%ine como una interacci/n de ener")a la cual no es causada por una di%erencia de temperatura Con!enci/n del si"no 2a "ran ma*or)a de los autores utili'an el si"uiente con!encionalismo Trabajo reali'ado por un sistema se considera positi!o46 Trabajo reali'ado sobre el sistema se considera ne"ati!o416
Materiales y reactivos
#ateriales 1 Vaso de precipitado de K8 cm8 1 Termometro 1 pin'as para !aso 1 mec(ero con anillo * tela con asbesto 1 jerin"a de plástico "raduada de 8 cm8 1 pesa de plomo "rande Reacti!o 1 ire4N9 O9 Ar CO9 Ne +e ;r +9 ? Desarrollo experimental
5RI#ER 5RTE $ #onte la jerin"a como se indica en la %i"ura 4sin la pesa de plomo6, anote el !olumen inicial $ continuaci/n pon"a encima del embolo la pesa de plomo =i"ura , presione li"eramente * anote el !olumen 4V 96 L$ =inalmente &uite la pesa de plomo * anote de nue!o el !olumen SE?@ND 5RTE $ #onte la jerin"a como se indica en la %i"ura L $ 5resione li"eramente el embolo * tome el !olumen correspondiente a la temperatura ambiente dl a"ua L$ Calentar (asta M8, presionar li"eramente el embolo * anotar el !olumen del aire de la jerin"a $ Contin0e calentado * anotando los !ol0menes a P8, Q8 * temperatura de ebullici/n del a"ua
C@ESTIONRIO $ Re"istre los datos obtenidos en el desarrollo 5RI#ER 5RTE Lectura
Volumen (cm³)
V₀
V₁
Q$K
V₂
Nota- En el se"undo e.perimento se cambi/ de jerin"a por una con menor !olumen para !er los cambios de !olumen$ SE?@ND 5RTE Temperatura °C
Volumen (cm³)
T₀=Ambiente*
T₁=60
P
T₂=80
Q
T₃=90
Q$K
8 2a temperatura del a"ua a temperatura ambiente %ue de 8C 2a temperatura del a"ua al momento de la ebullici/n %ue de QC $ Si consideramos &ue la primera parte la temperatura permanece constante, calcular el trabajo T₄=Ebullición**
reali'ado en un proceso isot3rmico W = nRT ln
V 2 V 1
ó w =nRT ln
P1 P2
W 01=¿ 1$MML.8@8 J W 12=¿ $MMLQ.88 J
L$ Con los datos obtenidos en la se"unda parte calcular el trabajo reali'ado por el "as en cada una de sus etapas, Como la presi/n permaneci/ constante W = P ( V f −V i) W f =∑ W
$ Determinar el trabajo total reali'ado por el "as W t = P ( V −V ) 5
1
K$ Compare el punto con el obtenido en el punto L sumando los trabajos de cada una de las etapas6 Si (a* al"una di%erencia indi&ue por&ue C2C@2OS 5rimera parte m811111118$K moles 8$8888 m8111111110.00044!" moles W 01=nRT ln
V 1 V 0
W 01=( 0.00044561 mol )
W 12=nRT ln
(
0.082
atmL mol
)(
293 ) ln
(
0.082
atmL mol
)(
293 ) ln
0.0095 L 0.011 L
3
=−1.646134 x 10 !
V 2 V 1
W 01=( 0.00044561 mol )
0.011 L 0.0095 L
Se"unda parte P= Pdf + P emb
Pemb=
F m∗" = = A A
0.00 8 # " ∗9.81
m s²
$ ( 0.0091 m ) ²
=30 1 . 6659808 N / m ²
L8$MMKQP8P Nm !>!!B44"" at(
P=0.7697 atm+ 0.0029772118 atm= 0.7726772118 atm
58$QQ atm5emb W 01=0.7726772118 atm ( 8 c m −7 c m )=0.7726772118 3