Comprovacion Experimental De La Ley Cero De La Termodinamica.docx

COMPROVACION EXPERIMENTAL DE LA LEY CERO DE LA TERMODINAMICA

KAREN YULIETH PINEDA MOLINA INGRI TATIANA GUALTERO BARRETO

INSTITUCIÓN EDUCATIVA TÉCNICA COMERCIAL “SAN JUAN BOSCO” ASIGNATURA: FISICA GRADO: UNDECIMO SAN LUIS TOLIMA 2019

RESUMEN En el siguiente informe se desarrollará y se explicarán la ley cero de la termodinámica, mediante un experimento sencillo realizados en el aula de clase, Para así alcanzar la comprensión del tema (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. El análisis de la práctica nos ayudara a entender el funcionamiento de esta ley cero, de tal manera que pueda ser identificada en eventos usuales en la vida diaria, así como las características termodinámicas involucradas en dicho ley como son tipos de sistema, características del sistema, equilibrios presentes, condiciones que afectan o mejoran el funcionamiento de la ley , los cuales pueden o no ser obtenidos dentro del aula donde se desarrolla la práctica, de tal forma que el conocimiento teórico se convierta en práctico. La termodinámica es el estudio del calor y de su transformación en energía mecánica. La palabra termodinámica proviene de la palabra griega que significa "movimiento de calor". La ciencia de la termodinámica se desarrollo a mediados del siglo XIX, antes de que se entendiese la naturaleza atómica y moléculas de la materia. La termodinámica pasa por alto los detalles moleculares de los sistemas y ocupa solo de los aspectos macroscópicos: el trabajo mecánico, la presión, la temperatura y las funciones que estos factores desempeñan en la transformación de la energía Los cimientos de la termodinámica son la conservación de la energía y el hecho de que el calor fluye de los objetos calientes a los fríos, y no de sentido opuesto. Esto nos proporciona la teoría básica de las maquinas térmicas, desde turbinas de vapor hasta reactores de fusión, y la teoría básica de los refrigeradores y las bombas de calor (Ley cero de la termodinámica https://solar-energia.net )

OBJETIVOS

• Demostrar de manera práctica la ley cero de la termodinámica. • Explicar de forma didáctica conceptos básicos de la termodinámica. • Captar la atención del grupo mostrando un experimento sencillo pero de inesperado resultado.

METODOLOGIA Materiales 

Dos Globos de látex

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Agua

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Vela

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Encendedor

Procedimiento Globo de látex que no revienta. 

Se toma un globo de látex, y se infla un poco

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Al segundo globo se procede a agregarle agua hasta aproximadamente la mitad del volumen de este, luego se sella el globo para simular un sistema cerrado con volumen y presión constante.

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Después se suministra calor por medio de una vela encendida

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Acercamos el primer globo, y se observa que explota al contacto con el fuego

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Acercamos el segundo globo con agua y se observa que no explota.

(Globo que no Revienta – Calorimetria - Experimentos caseros www.experimentoscaseros.org)

MARCO CONCEPTUAL 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. LEY CERO DE LA TERMODINÁMICA La ley cero de la termodinámica habla de lo que experimentamos cada día: dos sistemas que están en equilibrio térmico con un tercero están en equilibrio entre sí. Se dice que dos cuerpos están en equilibrio térmico cuando, al ponerse en contacto, sus variables de estado no cambian. En torno a esta simple idea se establece la ley cero. Toda ley de la física tiene su relevancia, así como la ley cero de la termodinámica, que curiosamente fue la última ley a ser introducida en la literatura. Después de la constatación de que el calor es una forma de energía que podría ser transformada en otra, la termología pasó a ser llamada termodinámica. Para obtener una estructura lógica en la presentación de la termodinámica, era necesario colocar otra ley antes de las que ya habían sido enunciadas (primera ley de la termodinámica y segunda ley de la termodinámica). Así, esa otra ley recibió el nombre de ley cero de la termodinámica.

Si A está en equilibrio con B y A también está en equilibrio térmico con C, podemos concluir que B está en equilibrio térmico con C.Con los fundamentos de esta ley, podemos garantizar la posibilidad de usar un termómetro Z para averiguar si dos cuerpos X e Y están en equilibrio. Para ello, basta comprobar si los dos cuerpos tienen la misma temperatura.

HISTORIA DE LA LEY CERO DE LA TERMODINÁMICA Las ideas de "caliente" y "frío" siempre han formado parte de las experiencias sensoriales del hombre. De hecho, dos de los primeros científicos que expresaron estas ideas fueron Leonardo Da Vinci y Galileo. Estos cientficos sabían que al contacto con un tercer cuerpo, usualmente el aire, dos o más cuerpos en contacto con él "se mezclaban de una manera apropiada hasta alcanzar una misma condición". Esta condición era alcanzada debido a la tendencia de los cuerpos calientes de difundir su energía a los cuerpos más fríos. Este flujo de energía es denominado calor o energía calorífica. Así, podemos percibir la tendencia del calor a difundirse de cualquier cuerpo caliente hacia otros más fríos en sus alrededores. Esta transferencia de calor tiene lugar hasta que ninguno de los cuerpos del sistema es capaz de absorber más calor.

La ley cero de la termodinámica tiene esta denominación gracias a Ralph H. Fowler (18891944), un gran físico inglés, que en el siglo XX después de mucho tiempo de desarrollo de la ley experimental, la consideró como una ley básica. Si esta ley el concepto de temperatura no podría ser definido y se postuló que: "Si dos cuerpos están en equilibrio térmico con un tercero, estarán en equilibrio térmico entre sí". Sin embargo, se hizo necesaria la estructuración de la presentación de la termodinámica de una forma más logica, como la primera y la segunda ley ya habían sido formuladas, entonces surgió el término ley cero de la termodinámica. Desde entonces esta denominación viene siendo utilizada en física. CONCEPTOS PARA COMPRENDER LA LEY CERO DE LA TERMODINÁMICA Para comprender la ley cero de la termodinámica consideremos el comportamiento de dos o más sistemas constituidos de la siguiente manera. Los sistemas A y B están separados entre sí por una pared adiabática (una pared que no permite en intercambio de calor). Cada uno de los dos puntos está en contacto térmico con el tercer

sistema C a través de paredes diatérmicas (paredes que permiten el intercambio de energía térmica), estando todo el conjunto rodeado por una pared adiabática. Nuestra experiencia dice que ambos sistemas alcanzarán el equilibrio térmico con el tercero y que no tendrá lugar ningún cambio posterior si la pared adiabática que separa A y B se reemplaza por una pared diatérmica. Un ejemplo que ayudará a comprender mejor el concepto de la ley cero de la termodinámica: considera un cuerpo B que consiste en un tubo con un capilar conteniendo mercurio y cuyos niveles de altura sobre el capilar representa diferentes temperaturas. Ahora considera un cuerpo A, por ejemplo el cuerpo humano, si acercas el termómetro al cuerpo humano y lo dejas suficiente tiempo, el termómetro alcanzará el valor correspondiente a su temperatura, esto es, el termómetro y el cuerpo humano estarán en equilibrio térmico entre sí y por lo tanto tendrán el mismo valor numérico para la propiedad temperatura. La forma de elegir una escala termométrica es absolutamente arbitraria y no la discutiremos aquí. ENUNCIADO DE LA LEY CERO DE LA TERMODINÁMICA Estas experiencias pueden resumirse en una ley llamada la ley cero de la termodinámica: “Dos sistemas en equilibrio térmico con un tercero están en equilibrio entre sí" La ley cero de la termodinámica nos permite diferenciar los cuerpos entre sí con respecto a su "grado de calentamiento". Este atributo, que es una propiedad del sistema, lo identificaremos con su temperatura, que resulta ser un concepto macroscópico (medible). A través de estos conceptos podemos entender el funcionamiento de los dispositivos llamados termómetros, que son los aparatos que precisamente miden la propiedad temperatura de los cuerpos.

Debe destacarse que la formulación de la ley cero de la termodinámica contiene tres ideas firmes: 1. La existencia de una variable de estado, llamada temperatura. 2. La igualdad de temperaturas como una condición para el equilibrio térmico entre dos sistemas, o entre partes del mismo sistema. 3. La existencia de una relación entre las variables independientes del sistema y la temperatura, llamada ecuación de estado. (Ley cero de la termodinámica

https://solar-energia.net/termodinamica/leyes-de-la-

termodinamica/ley-cero-termodinamica )

RESULTADOS Con el anterior experimento se podrá observar que el agua llega a calentarse sin que el globo se reviente, esto sucede aplicando la ley cero de la termodinámica ya que el agua posee propiedades que permiten que absorba una gran cantidad de energía en forma de calor lo que conlleva por la ley mencionada, que la temperatura del látex con agua forme un equilibrio térmico y de ahí que el látex no se expanda. (Termodinámica: Experimentos Sencillos https://termodinamicainteractiva.blogspot.com) La membrana del globo no alcanza la temperatura de ignición y el globo no explota por dos motivos: 

La energía que se le comunica se invierte en aumentar la temperatura del agua, pero ésta tiene una gran capacidad calorífica y necesita mucha energía para aumentar su temperatura.

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El calor transferido por la llama se transmite por conducción a través de la membrana del globo.

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En resumen, el globo no explota porque el calor suministrado por la vela se emplea en aumentar la temperatura del agua, que se elevará unos grados durante los 10 ó 15 segundos que dura el experimento. (Globo que no Revienta – Calorimetria Experimentos caseros https://www.experimentoscaseros.org/2010/10/globo-que-norevienta-calorimetria.html)

CONCLUSIONES Pudo observarse como las leyes de la termodinámica son explicables de una práctica y sencilla para la comprensión de las personas. El experimento es viable y de un modo muy básico, es decir no requieren de ningún tipo de material costoso ni de difícil alcance. Establece que existe una determinada propiedad denominada temperatura empírica, que es común para todos los estados de equilibrio termodinámico que se encuentren en equilibrio mutuo En palabras simples: Si se pone un objeto con cierta temperatura en contacto con otro a una temperatura distinta, ambos intercambian calor hasta que sus temperaturas se igualan».

BIBLIOGRAFIA 

Termodinámica: Experimentos Sencillos https://termodinamicainteractiva.blogspot.com

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Ley cero de la termodinámica

https://solar-energia.net/termodinamica/leyes-de-la-

termodinamica/ley-cero-termodinamica



Globo que no Revienta – Calorimetria - Experimentos caseros https://www.experimentoscaseros.org/2010/10/globo-que-no-revienta-calorimetria.html



Gobbi.PDF http://www2.ib.edu.ar/becaib/cd-ib/trabajos/Gobbi.pdf