UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE QUERETARO
FACULTAD DE INGENIERIA
Prácticas de Laboratorio
Ley Cero de la
Termodinámica
Termodinámica
Práctica 3
Camargo Peñaloza Dulce María
Estrada Bolaños Alejandro Baruch
Pérez Baltazar Diane
Rea de León Antonio
297573
297426
297661
297674
Dra. Yuliana de Jesús Acosta Silva
Grupo 14
22
Protocolo de prácticas
1. Datos generales
1. Semestre: 4to
Fecha: 17/Febrero/2022
2. Institución: Universidad Autónoma de Querétaro
3. Asignatura: Laboratorio de termodinámica 4. Profesor Titular: Dra. Yuliana de Jesús Acosta Silva
5. Grupo: 14
6. Horario del Laboratorio: jueves de 12:00 a 13:00
7. Práctica No. 3.
8.Nombre de la práctica: Ley cero de la Termodinámica.
2. Equipo # __1 __
1.
2.
3.
4.
Camargo Peñaloza Dulce María
Estrada Bolaños Alejandro Baruch
Pérez Baltazar Diane
Rea de León Antonio
Integrantes
Exp. 297573
Exp. 297426
Exp. 297661
Exp. 297674
Objetivos
o Identificar y diferenciar los conceptos de sistema termodinámico; alrededores; sistema termodinámico
cerrado; sistema termodinámico abierto; sistema termodinámico aislado; pared adiabática y pared
diatérmica; mediante la observación experimental.
o Establecer una definición operacional de equilibrio térmico, mediante la observación experimental.
o Enunciar con sus propias palabras la ley cero de la termodinámica, mediante la observación experimental.
3. Cuestionario Pre-laboratorio
1. ¿Qué es el equilibrio térmico?
Se le llama equilibrio térmico al estado en que dos cuerpos en contacto, o separados por una superficie
conductora, igualan sus temperaturas. Lo que sucede es que al poner en contacto dos cuerpos con
diferentes temperaturas, el que se encuentra con mayor temperatura cede parte de su energía al de
menor temperatura.
2. ¿Qué es equilibrio termodinámico?
Un sistema en equilibrio termodinámico no experimenta cambios al ser aislado de su entorno. En otras
palabras, no se observa ningún cambio de sus propiedades termodinámicas a lo largo del tiempo.
3. ¿Qué es una pared adiabática?
Es una pared que no permite la transferencia de calor o materia de un lado a otro. No deja entrar ni salir
el calor.
4. ¿Qué es una pared diatérmica?
A diferencia de la pared adiabática, la pared diatérmica si permite la transferencia de calor, sin embargo,
no permite la transferencia de masa.
5. Dar 2 ejemplos de materiales que actúen como cada una de ellas
Pared adiabática
Pared diatérmica
Termo
Plancha
Refrigerador
Secadora de cabello
.
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5. Marco teórico sugerido
Los sistemas termodinámicos A y B mostrados en la figura 1, están
separados entre sí por una pared adiabática, pero cada uno de ellos
está en contacto térmico con el tercer sistema termodinámico C a
través de paredes diatérmicas (A partir de ahora se escribirá
simplemente sistema haciendo referencia a sistema termodinámico).
Todo el conjunto -sistemas A, B y C-, está aislado mediante una pared
adiabática. Supón que llenas el sistema A con un fluido a la
temperatura TA; el sistema B con un fluido a la temperatura TB; el
sistema C con un fluido a la temperatura TC; donde TA≠ TB ≠ TC
¿Qué sucederá al cabo de seis o siete minutos con las temperaturas
del fluido en los respectivos sistemas? Anota tu predicción. El
dispositivo empleado para estudiar la Ley Cero de la Termodinámica
consiste en una caja cerrada aislada del exterior con tres
compartimientos, dos de ellos separados entre sí por una pared
adiabática, y éstos a su vez separados de un tercero por una pared
diatérmica (Fig. 1). En el tercer compartimiento se encuentra un foco,
el cual al conectar la caja se encenderá y calentará la pared
diatérmica. El calor se transmite a través de la placa hacia los otros
dos compartimientos.
Figura 1. Sistema termodinámico.
Sistema Termodinámico
Un sistema termodinámico (también denominado sustancia de trabajo) se define como la parte del universo
objeto de estudio
Los sistemas termodinámicos pueden ser aislados, cerrados o abiertos.
o
o
o
Sistema aislado: es aquél que no intercambia ni materia ni energía con los alrededores.
Sistema cerrado: es aquél que intercambia energía (calor y trabajo) pero no materia con los alrededores
(su masa permanece constante).
Sistema abierto: es aquél que intercambia energía y materia con los alrededores.
Proceso adiabático
El proceso de compresión o expansión de un gas durante el cual no entra ni sale calor del sistema se describe
como adiabático
Proceso diatérmico
Un proceso diatérmico es aquel cuerpo que deja pasar fácilmente calor. Por lo que las paredes diatérmicas son
aquellas que sí permiten que un sistema termodinámico modifique su grado relativo de calentamiento.
Ley cero de la termodinámica
La ley cero de la termodinámica permite establecer el concepto de temperatura. La ley cero de la
termodinámica establece que, cuando dos cuerpos están en equilibrio térmico con un tercero, estos están a
su vez en equilibrio térmico entre sí.
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6. Materiales
o
o
o
Dispositivo para Ley Cero de la Termodinámica (caja de madera con un foco, lámina metálica y lámina
aislante); ver Figuras 3 y 4.
3 termopares o 3 termómetros de bulbo de mercurio
1 cronómetro
7. Desarrollo propuesto
1. Colocar el termómetro en cada uno de los tres orificios como se muestra en la figura 2, para obtener su
temperatura inicial.
Figura 2. Toma de temperatura en los 3 orificios.
2. Conectar la caja para que el foco que se encuentra en uno de los 3 sistemas se encienda como en la
figura 3, y esperar 15 minutos.
Figura 3. Dispositivo conectado a la luz.
3. Una vez transcurrido el tiempo se tomará la temperatura de los tres sistemas, primero de los dos sistemas
que no tienen foco y al final del sistema que tiene el foco como se muestra en la figura 4, cuando se
termine de tomar las 3 temperaturas se deberá desconectar la caja para que el foco se apague.
Figura 4. Temperatura con foco encendido.
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4. Poner el termómetro en un vaso de precipitado con agua como se muestra en la figura 5, para que el
termómetro regrese a una temperatura ambiente.
Figura 5. Termómetro en agua.
5. Retirar la pared adiabática que separa los dos sistemas que no tienen foco del tercer sistema que tiene el
foco, enseguida tomar la tempera de los 3 sistemas cada 2 minutos y repetir el proceso durante 12
minutos. En la figura 6 es posible observar un diagrama de la caja de madera con el foco, la lámina
metálica y la lámina aislante
Figura 6. Diagrama dispositivo de Ley cero de la termodinámica.
8. Cálculos
Para esta práctica no fueron necesario cálculos.
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9. Resultados
1. Realiza una Tabla de datos con incertidumbres de medición.
Temperatura
Compartimiento
derecho
Compartimiento del
Foco
Compartimiento
izquierdo
Temperatura Inicial
23 °C
26 °C
23 °C
Después de apagar
foco, retirar pared
adiabática y medir la
temperatura cada 2
min
24 °C
44 °C
23 °C
18 °C
26 °C
18 °C
23 °C
26 °C
23 °C
Equilibrio térmico
24 °C
24 °C
24 °C
2. Realiza las gráficas de Temperatura vs. tiempo para cada compartimiento, señala en la gráfica el momento
en que se retiró la pared adiabática.
Temperatura vs Tiempo
50
Retiro de pared adiabática
45
Temperatura
40
35
30
Equilibrio térmico
25
20
15
10
5
0
0
5
10
15
20
25
Tiempo
Compartimiento Derecho
Compartimiento Foco
Compartimiento Izquierdo
3. Interpretar las gráficas
En la gráfica es posible la observación de que la pared adiabática impedía la transferencia de calor, pero al
momento de retirarla fue todo lo contrario, el calor se dispersa a los diferentes puntos por lo que al ser un
sistema cerrado la temperatura es distribuida y como resultado de obtendrá un equilibrio térmico, es decir,
una energía de calor se encuentra en tránsito, produciendo después de un tiempo que la temperatura en
ambos sea igual.
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4. ¿Cómo influye la temperatura en los tres compartimientos?
Depende, evidentemente el compartimento que contiene el foco se eleva a una temperatura mucho mayor a
los otros 2 que se encontraban separados por la pared adiabática, a pesar de la cercanía que tenían estos
últimos no se lograba alcanzar una temperatura tan alta como el que tenía el foco dentro.
5.
¿Qué se observa al quitar la pared adiabática?
Se observa el fenómeno que nos dicta la Primera Ley de La Termodinámica, al quitar la pared y apagar el foco,
quitamos la frontera entre los compartimentos y dejamos de administrar calor al sistema, por lo que al cabo
de unos minutos la temperatura se estabilizo, es decir que la lectura en los tres compartimentos ya era la
misma.
6. Describe tus resultados experimentales, obtenidos en la actividad I en un solo enunciado operacional, claro
y conciso.
El fenómeno de nivelación de temperatura fue claro y de esta forma se ha demostrado la primera Ley de la
Termodinámica, de forma que la lectura en dos de los compartimentos aumenta su temperatura una vez
quitada la pared adiabática y sin introducir más calor al sistema, mientras que el tercero disminuye su
temperatura.
7. Compara tu enunciado con el siguiente enunciado:
"Dos sistemas en equilibrio térmico con un tercero están en equilibrio entre sí".
Aunque estructurado de distinta forma, el objetivo a transmitir es el mismo, de forma que los mismos procesos
y resultados fueron logrados, para que finalmente se llegue a un mismo punto de forma precisa. Demostrando
ambos enunciados durante el proceso del experimento.
8. Supón que se intercambian las paredes del sistema y queda como lo muestra la figura (b)
¿Cuál será ahora la temperatura en los respectivos sistemas al cabo de seis o siete minutos?
Anota tus predicciones
Suponiendo que la fuente de calor (foco) está en el compartimento C, existe una pared adiabática entre el
A y B, por lo que la transferencia de calor a ambos sistemas seria nula, aunque entre los compartimentos
A y B existe una diatérmica, es decir que entre ellos si hay un intercambio de calor. Por lo que, si se inicia
con A y B a una misma temperatura, finalmente se alcanzara la misma temperatura en los tres, pero como
si fueran 2 sistemas separados (A y C, por otro lado, B y C), al cabo de esos 7 minutos no es seguro que
se halla nivelado la temperatura en A y B.
10. Conclusiones
Camargo Peñaloza Dulce María.
Se puede concluir que el objetivo se cumplió satisfactoriamente dado que fue posible la comprensión e
identificación de los distintos conceptos como la diferenciación de las paredes adiabático como diatérmicas,
así también lo que es un sistema termodinámico, los distintos tipos de sistemas entre otros y todo lo
anterior fue posible con tan solo la observación del experimento.
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Así como se logró definir que el equilibrio térmico es aquel estado en el que las temperaturas de distintos
cuerpos se igualan dónde como condiciones iniciales se tiene que sus temperaturas son diferentes y una
vez que las temperaturas se equiparan se suspende el flujo de calor, llegando al equilibrio término.
Además de que la práctica fue presencial, fue una gran experiencia ya que por primera vez fue posible la
manipulación de los materiales de laboratorio en la facultad
Estrada Bolaños Alejandro Baruch
Con este experimento se puede apreciar de una mejor manera la ley cero de termodinámica, la cual nos
dice que dos cuerpos estarán en equilibrio térmico cuando se involucre un tercer cuerpo, en este caso los
dos sistemas que no tienen foco se encontraban a una menor temperatura que el sistema que tenía foco,
sin embargo cuando retiramos la pared adiabática y empezamos a tomar las temperaturas pudimos
observar como el sistema con mayor temperatura le transfería calor a los otros dos sistemas poco a poco
hasta que los tres sistemas quedaban con la misma temperatura, quedando en equilibrio térmico y
demostrando la ley cero de termodinámica.
Pérez Baltazar Diane
La ley cero de la termodinámica establece que, si un cuerpo está en equilibrio térmico con un segundo
cuerpo, estos estarían en equilibrio térmico con un tercer cuerpo.
Durante la práctica realizada el pasado jueves 17 de febrero, pudimos comprobar este principio haciendo
uso de una caja de madera que contenía una pared y tres orificios por donde pudimos tomar la temperatura
con un termómetro, también notamos que el proceso de equilibrio fue un poco tardado y esto fue porque
el intercambio de energía era lento.
Rea de León Antonio
Los conocimientos se alcanzaron satisfactoriamente para mí y para todos mis compañeros de equipo,
además que complementariamente, nos brinda un tipo de conocimiento práctico el poder manipular
personalmente el equipo, como los termómetros y la representación de un sistema térmico, que en
conjunto a los conceptos contribuyen a la retroalimentación y a obtener una reflexión personal y grupal.
11. Bibliografía
Práctica extraída del Manual de Prácticas de Laboratorio de Termodinámica Universidad Iberoamericana
o
o
o
Rolle, K. C. (2006). Termodinámica. En S. y. Newton. Pearson Educación México, SA de CV
Resnick R., Halliday D., Krane K. (2002) Física, 4ª ed. México: CECSA.
Cengel, Y. y Boles, M. (2012). Termodinámica.
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12. Rúbrica de evaluación
En el reporte por equipo
Aspecto para evaluar
Portada, limpieza y
pulcritud del reporte
Cuestionario prelaboratorio
Marco teórico
Conclusiones
Bibliografía
No
Destacado Satisfactorio
Acreditable acreditable %
(10)
(8)
(6)
(0)
Valor
Obtenido
20
15
15
40
10
Total
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