BALANCE TÉRMICO Y ENTROPÍA
Isaac David Campuzano, Estefany Díaz, María Florencia Martínez, yeseris villa lópez. Universidad De Córdoba. Facultad de ingenierías. Programa De Ingeniería De Alimentos.
RESUMEN. Todos los procesos reales son irreversibles. Se producen a una velocidad con diferencias finitas de temperatura y de presión entre las diferentes partes de un sistema o entre un sistema y el medio ambiente. En mecánica se introducen los conceptos de energía, cantidad de movimiento y otros porque se conservan. La entropía no se conserva, sin embargo, excepto en los procesos reversibles y esta propiedad no familiar, o falta de propiedad de la función entropía, es una razón del porque existe cierto misterio sobre el concepto de entropía. Cuando se mezcla un vaso de agua caliente con uno de agua fría, el calor entregado por el agua caliente es igual al recibido por el agua fría, sin embargo la entropía del agua caliente disminuye y la del agua fría aumenta; pero el aumento es mayor que la disminución por lo que la entropía total del sistema aumenta. ABSTRAB. All real processes are irreversible. Occurs at a speed of finite differences in temperature and pressure between the different parts of a system or between the system and the environment. In mechanics introduces the concepts of energy, momentum and others because they are preserved. Entropy is not conserved, however, except for reversible processes and this property is not familiar, or lack of ownership of the entropy function, is one reason why there is some mystery about the concept of entropy. When mixed hot water glass with one of cold water, the heat delivered by the hot water is equal to that received by the cold water, but hot water
entropy decreases and increases cold water, but the increase is greater the decrease so the total entropy of the system increases.
INTRODUCCIÓN
estado que la suma de los cambios
La importancia de la tercera ley es evidente. Suministra una base para el
cálculo
de
las
entropías
absolutas de las sustancias, las cuales pueden utilizarse en las ecuaciones
apropiadas
para
determinar la dirección de las
de esa propiedad en un ciclo es cero. Es decir, la entropía es una magnitud física que mide la parte de
la
energía
que
no
puede
utilizarse para producir trabajo. La
entropía,
como
todas
las
variables de estado, depende sólo
reacciones químicas.
de los estados del sistema, y
La ley cero estableció lo que fue la
calcular el cambio en la entropía
temperatura
de
debemos estar preparados para
del
sistema,
la
procesos
irreversibles,
primera ley de la energía y la
conociendo sólo los estados de
segunda ley de la entropía.
principio y al fin.
La entropía está relacionada con la
En
aleatoriedad
del
movimiento
molecular (energía térmica), por esto, la entropía de un sistema no decrece
si
no
hay
cierta
interacción externa. Ocurre que la única
manera
conoce
de
que
el
hombre
reducir
la
energía
la
aplicaremos
calor
a
otro
cuerpo,
entropía
ya
leche y el agua, de igual forma calcular
la
entropía
total
del
sistema. OBJETIVOS
Comprender
el
concepto
de
entropía
Relacionar
ciertas
leyes
termodinámicas con sistemas
entropía. La
conceptos
a distintas sustancias como la
aumentando así la energía térmica del segundo cuerpo y por ende su
los
práctica
conocidos para calcular la entropía
térmica es transferirla en forma de
siguiente
es
entonces
una
característica de una propiedad de
reales
Determinar entropía
la en
variación un
de
cada 30 segundos hasta que
proceso
sea constante.
reversible. MATERIALES Y REACTIVOS
Calibrar el calorímetro.
Medir
Calorímetro.
Balanza Analítica.
Agitador.
Adicionar en el calorímetro.
Termómetro.
Medir
Beakers.
Probeta.
Pesar 80g de néctar.
Estufa.
Calentar el néctar durante
Néctar.
un tiempo moderado hasta
Agua Destilada.
80ºC sin permitir que llegue
Medir
de
agua
destilada. la
temperatura
inicial del agua.
a
PROCEDIMIENTO
100ml
100ml
de
la
temperatura
de
ebullición. agua
Medir la temperatura del néctar caliente.
destilada.
Adicionar en el calorímetro.
Medir
la
Retirar
la
calorímetro
temperatura
tapa y
verter
del el
néctar sobre el agua fría.
inicial del agua.
Colocar la tapa tan rápido
Medir otros 100ml de agua.
Calentar el agua durante un
como sea posible y realizar
tiempo
hasta
las lecturas de temperatura
80ºC sin permitir que llegue
cada 30 segundos hasta que
a
sea constante.
la
moderado temperatura
de
ebullición.
Medir la temperatura del agua caliente.
Retirar
la
RESULTADOS tapa
del
calorímetro y verter el agua caliente sobre el agua fría.
Colocar la tapa tan rápido como sea posible y realizar las lecturas de temperatura
Calibración del calorímetro
Cálculo de entropía
La entropía calculada de manera experimental nos da a pensar que el material o dispositivo en el cual se
realizó
la
mezcla
era
totalmente aislado debido a que el valor de la entropía arrojo un valor mayor o igual a cero, lo que quiere decir
que
la
entropía
de
los
alrededores no tuvo mayor efecto
NOTA:
en la entropía del sistema. ⁄
Para determinar la temperatura de equilibrio.
⁄ CALCULO DE LA ENTROPÍA (
) (
(
)(
)
(
(
)( (
)
)( )(
)
)
(
(
)( )(
) ANÁLISIS DE RESULTADOS
(
)(
)
(
)
A
partir
de
los
resultados
obtenidos en esa práctica podemos
)( )
)
decir que si dos sistemas poseen
(
distintas temperaturas, el flujo de calor se presenta de pueden
) ⁄
)
mayor a
menor temperatura. Los sistemas se
(
interpretar
(
como
(
)⁄
)
fuente de calor balance térmico exigen que el calor que se pierde será igual al que se gana. Para un proceso
en donde la presión es
constante
(isobárico),
el
calor
transferido durante el cambio de estado es equivalente al cambio de entalpía; teniendo en cuenta que el cambio
de
entalpía
está
relacionado con el cambio de la temperatura. La
entropía,
variables
como
de
estado,
todas
las
dependen
únicamente de los estados del
Lo cual indica que no hubo mucha diferencia entre la temperatura hallada
por
la
ecuación
y
la
temperatura experimental por lo que el margen de y en este caso las
condiciones
del
error
es
mínimo. 2. ¿Por qué no es posible calcular le
entropía
máxima
de
un
sistema?
sistema, y por ello debimos usar en la practica un sistema isobárico, y
Se
de esta manera buenos resultados
altamente distribuido al azar
al calcular el cambio en la entropía
tiene alta entropía. Puesto que
de procesos.
un sistema en una condición
el
temperatura
un
improbable
tendrá
tendencia
natural
sistema
una a
más probable (similar a una valor de
de
la
equilibrio
despejado de la ecuación (1) con
que
reorganizarse a una condición
CUESTIONARIO
1. Compare
dice
el
experimentalmente sus conclusiones.
obtenido y
señale
distribución
al
azar),
esta
reorganización resultará en un aumento de la entropía. La entropía alcanzará un máximo cuando el sistema se acerque al equilibrio,
alcanzándose
la
configuración
de
mayor
probabilidad.
entropímetro
es
más
complicado que el de un simple termómetro de mercurio. La
Cuando la entropía es máxima,
sonda consta de un calentador
esto es, que existe un equilibrio
(controlado
entre todas las temperaturas y
aparato) y un termómetro (que
presiones, es decir que habrá
también está controlado). El
una muerte térmica del sistema
microprocesador
(enunciado por Clausius). Toda
programado para calcular la
la energía se encontrará en
dependencia
forma de calor y no podrán
temperatura de la muestra y la
darse
transformaciones
energía por el mecanismo calor
energéticas; es por esto que no
cedida por el calentador. La
es posible encontrar la entropía
lectura
máxima de un sistema.
indicador
por
el
mismo
está entre
que es
aparece el
la
en
cambio
el de
entropía de la muestra entre la 3. Consulte
si
instrumento
existe para
medir
un
temperatura
inicial
la
temperatura final.
y
la
variación de entropía de un sistema
e
indique
como
funciona.
4. Investigue la aplicación de le entropía en la ingeniería de alimentos.
Para poder conocer más sobre el concepto de entropía se
La entropía es necesaria en
necesita
un
de
muchos campos de la ciencia,
medida,
éste
y
se
pero
nombre
de
alimentos cumple un papel muy
conoce
con
instrumento existe el
entropímetro.
en
la
ingeniería
de
importante ya que para que un proceso como los que se llevan
Se
llamará
entropímetro
al
a cabo en la industria de
aparato que consta de una
alimentos sea eficaz ésta debe
sonda que se introduce a una
estar en proporciones mínimas
muestra y un indicador que
y de esta manera hacer que el
entrega una lectura en una
proceso sea más productivo en
escala, como si se tratara de un
cuanto a que la energía que no
termómetro. El interior de un
realiza trabajo va a ser mínima.
5. Calcule la entropía con la temperatura de equilibrio por formula y halle el margen de error.
afecta drásticamente el resultado obtenido como es el caso de nuestro resultado. En esta práctica observamos la
R/ la Te hallado por formula es: 46°C (mirar los cálculos).
relación del balance térmico en la mezcla de dos sistemas que se
Te=46+273,15= 319,15K
encuentran
a
distintas
temperaturas que nos ayudaron a (
)(
(
)(
)
)
(
(
determinar el cambio de entropía.
)
BIBLIOGRAFÍA
)
VAN
NESS
SMITH,
Abbot.
Introducción a la termodinámica en la ingeniería química. México. Mc Graw Hill, 1997.
Cengel,
y;
Boles,
M.A.(1996)
termodinámica, Tomo I segunda %Error=( (0,98+(-1,84))/0,98)*100
CONCLUSIONES Una vez realizada la práctica de entropía podemos concluir que Es posible calcular la entropía de un sistema a nivel de laboratorio, pero hay que tener cuidado a la hora de escoger el calorímetro y en la manipulación de este, ya que estar
este
mal
manipulado
Mc
Graw
Hill
interamericana de México, S.A. de México.
%Error= -87,7%
al
edición.
