entropia informe[1][1]

SPT - ENTROPIA FISICOQUIMICA

1 El

presente informe esta basado en

termodinámica

el segundo principio de la

(SPT), que trata sobre la entropía

fue utilizada por

Clausious en 1850 que utilizo para calificar el grado de orden, desorden y caos de un sistema. sistema. En todo sistema limitado por paredes adiabáticas en caso nuestro usamos el calorímetro, dice que los sistemas aislados tienden al desorden, también podemos interpretar como una media de la distribución aleatoria de un sistema. Como los procesos reales son siempre irreversibles entonces podemos afirmar que la entropía siempre aumentará. Daremos a conocer en forma experimental los resultados de la práctica realizada en el laboratorio de ingeniería.

OBJETIVOS: Determinar el calor específico del calorímetro. Determinar el calor absorbido absorbido y liberado en la mezcla mezcla de los cuerpos a diferentes temperaturas. Calcular la entropía en forma experimental en el laboratorio.


El Primer Principio de la Termodinámica se refiere a que sólo pueden ocurrir procesos en los que la Energía total del Universo se conserva, pero aún conservándose la energía total del sistema más la de los alrededores, ¿Crees que los procesos esquematizados a continuación ocurren en la secuencia planteada?

Efectivamente, ninguno de estos procesos ocurre tal y como se han planteado. De nuestra experiencia se deduce que el tiempo va en una dirección y que todo sistema aislado evoluciona en un sentido hasta alcanzar el equilibrio equilibrio.. La función de estado cuya variación en un proceso determina en qué sentido este tiene lugar, es la entropía (S). Así, un sistema aislado alcanza el equilibrio cuando su entropía es máxima. El estado de equilibro de un sistema aislado es el de máxima probabilidad. probabilidad. Como en general los estados desordenados son más probables que los ordenados, un sistema aislado que no esté en equilibrio, evoluciona espontáneamente hacia estados de máximo “desorden”.

Segundo Principio de la Termodinámica Cualquier proceso que ocurre espontáneamente produce un aumento de entropía del universo”

2


En el siglo XIX a partir del trabajo de Carnot sobre el rendimiento de las máquinas de vapor, se obtuvo la expresión matemática que permite medir cuantitativamente la tendencia de los sistemas a evolucionar, y en que sentido lo hacen, es decir, el cambio de entropía:

3

Las unidades en las que se mide S son J/K. La entropía es una función de

estado, su variación en un proceso termodinámico depende del estado inicial y del estado final del sistema, no de la trayectoria seguida en el cambio. La

entropía es una propiedad extensiva. Importante 

En cualquier proceso ΔS se determina midiendo el Q que se transferiría

en un proceso isotérmico reversible que conectara el estado final (2) y el estado inicial (1). Esto implica que si el proceso es irreversible el Q transferido no nos permite evaluar directamente ΔS, por otra parte si el

proceso no es isotérmico, la integral tampoco es inmediata. 

Si el sistema termodinámico está en equilibrio con sus alrededores, no hay cambio en el sis tema ni en los alrededores, por tanto ΔSsistema = - ΔS alrededores


Entropía y rendimiento de máquinas térmicas

4


5

3.1 MATERIALES Y REACTIVOS a) Materiales

-

Calorímetro

-

Termómetro

-

2 probetas de 250 mL.

-

2 vasos de precipitado de 250 mL.

-

Cocinilla eléctrica

b) Reactivos

-

Cubitos de hielo aproximadamente 300 g.

- Agua destilada


6 En el procedimiento primero calibramos el calorímetro para poder determinar el calor específico del calorímetro y luego experimentalmente determinamos la entropía del sistema, para ello seguimos deferentes pasos q detallaremos a continuación:

o

Calibrar el calorímetro

1. Calibrar el calorímetro para ello, agregar agregar 100 mL. De agua destilada al calorímetro y observar y anotar la temperatura inicial (temperatura ambiental 19 ºC). 2. En otro vaso se calienta calienta 100 mL de agua a diferentes temperaturas que pueden ser 30, 40 y 50 ºC y se agrega inmediatamente al calorímetro que contiene el agua a la temperatura inicial. 3. Luego se espera el equilibrio termodinámico, y se observa la temperatura de equilibrio y se anota. Se debe realizar como mínimo tres procedimientos, esto a 30,40 y 50 ºC, donde debemos tener mucho cuidado en la temperatura inicial no debe variar en mas de +; - 1 ºC, para ello se debe enjuagar el calorímetro en cada procedimiento. 4. Determinamos el calor específico específico del calorímetro calorímetro experimentalmente. experimentalmente.


EN PRÁCTICA

CALIBRACIÓN

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AGREGAR

100 m L. DE AGUA DESTILADA

SE CALIENTA 100 m L. A 30 ºC

SE AGREGA

REPETIR EL MISMO EXPERIMENTO PARA LAS TEMPERATURAS DE 40ºC Y 50ºC PARA HALLAR EL CALOR ESPECÍFICO PROMEDIO.


ENTROPIA Determinar la entropía del experimento. 1. Luego de calibrar el calorímetro, se peso 50g de cubitos de hielo tomando la temperatura (T1=0ºC) y adicionar al calorímetro. 2. Luego esperar la temperatura de equilibrio (T2) y luego se determina determina el calor absorbido y liberado en el sistema (Q1) y se determina la entropía. 3. Se calentó 100 mL de agua a una temperatura 50ºC y agregar al calorímetro con hielo. 4. Esperar la temperatura de equilibrio y determinar el calor absorbido absorbido y liberado para luego calcular la entropía de sistema (S2).

I.-PROCESO SE PESA 50g DE HIELO

AGREGAR Y MEDIR LA TEMPERATURA

SE MIDE 100 m L. DE AGUA DESTILADA A 50ºC

AGREGAR Y MEDIR LA TEMPERATURA

8


9

Datos para calcular el calor específico. Datos para calibrar el

T1 (ºC)

T2 (ºC) Te (ºC)

M1 (g)

M2(g)

calorímetro

(cal/gºC)

1

19

30

23

100

100

0.214

2

19

40

26.5

100

100

0.228

3

19

50

30.5

100

100

0.2207

Calor especifico promedio, C e = 0.2209



Ce

Datos para calcular la entropía del sistema

Procesos

Te (ºC)

Q (absorbido y

S

(cal/K)

liberado)

1

6.2

4310

15.42

2

25

18590

62.38


Las entropías hallados en nuestro sistema S1=15.42 cal/K y S2 = 62.38 cal/K son directamente directamente proporcional a sus calores absorbidos absorbidos o liberados: liberados: Q1= 4310 cal ; Q2 = 18590 cal respectivamente y estos últimos a sus temperaturas

de

equilibrio

correspondiente

.Estos

datos

obtenidos

comprueban la definición teórica de entropía dS = Qr / T según según Pons Muzzo –cuarta edición 1978 – paginas 178 y 181-182



SEGUN EL GRUPO

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. Se puede ver claramente que el hielo recibe calor del agua, aumenta su temperatura y cambia a estado líquido. líquido. Si tomamos a la entropía entropía como el grado de desorden de las partículas de un sistema, podemos ver un claro ejemplo de ella comparando los dos pasos. En el primer caso, el hielo no se diluyó completamente; en el segundo, el hielo formó una mezcla homogénea de forma casi inmediata. Esto significa que la entropía fue mucho mayor en el último caso, ya que las partículas del hielo 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.

10


11 Se determino el calor específico del calorímetro en tres procedimientos



hallando como resultado resultado final el valor de Ce = 0.2204 cal/g C. 

También se determino los calores absorbidos y liberados de la mezcla de los cuerpos a las diferentes temperaturas siendo los siguientes valores. Q A1 = Qc1= 4310. y Q A2 Qc2= 18590Cal.



Las entropías calculadas en el desarrollo de la práctica son los siguientes valores o resultados. r esultados. S 1  15.42

cal k

y

S 2  62.38

Cal K


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Es necesario fijar una temperatura inicial como base hasta finalizar el proceso, pues este no debe de variar en el intermedio de los 3 experimentos a distintas temperaturas. Esta variación puede llegar a ser +1 +1 ó -1 ºC . Es importante enjuagar el calorímetro en el lapso de los 3 procedimientos con esto ya no se tendría problemas en la variación de la temperatura inicial en todo el proceso. Para el cálculo del calor específico del calorímetro, es necesario tener los valores de las temperaturas junto a la temperatura de equilibrio para ello anotar en cuadros para seguir un orden y clasificación de cada experimento. Como la temperatura de equilibrio es fundamental en este procedimiento, no olvidar trabajar con dos termómetros (en el Calorímetro y al ambiente), estos nos ayudaran a considerar valores aproximadamente exactos.


13 Determinando el calor especifico del calorímetro. -Qc= Qg - mH2O x Ce (Te – Tc ) =mH2O x CeH2O (

Te –Tf) + mcal x Cecal (Te – Tf )

EXPERIMENTO (1)

- 100 (1) (23 -30) = 100 (1) (23 – 19) + 350 x Ce cal1 (23 – 19 )

700 = 400 + 1400 Ce cal1

Ce cal1= 0.214 cal/k EXPERIMENTO (2)

EXPERIMENTO (3)

Ce cal2 = 0.228 cal/k Ce cal3 = 0.2207 cal/k

El calor específico promedio del calorímetro es: Ce cal =( Ce cal1 + Ce cal2+ Ce cal3) / 3 = 0.2209 cal / k


Hallando las entropías:

Proceso I

Q A   F  QS   F  m  C e  dt Q A  80

cal g

 50g  50g  1

cal 0

g C

14

(60.2  0) C 0

Q A  4000cal  310cal Q A  4310cal entonces :

S 1 

S 1 

4310

QA T

cal

(6.2  273) k

S 1  15.42

cal K

Rta Rt a

PROCESO II 0

0

0

T 1 *  6.2 C ; T 2*  50 C ; Te  25 C QA  m  Ce  dt QA  50 x (1808  273) QA  18590cal entonces : S 2 

S 2 

18590

cal

(25  273) K 62.38

cal K

Rta Rt a


15 1.- Como interpreta la transferencia de la entropía entropía del calor La entropía esta relacionada con la 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 que el hombre conoce de reducir la energía térmica es transferirla en forma de calor a otro cuerpo, aumentando así la energía térmica del segundo cuerpo y por ende su entropía. Por otro lado transfiriendo energía térmica es posible reducir la entropía de un cuerpo. Si esta transferencia de energía es reversible, la energía total permanece constante, y si es irreversible la entropía aumenta. De lo anterior se concluye que el calor es un flujo de entropía. En el caso de la transferencia de energía mecánica, y de trabajo, no hay un flujo directo de entropía. Si la transferencia de energía mecánica en un sistema se realiza con irreversibilidad se producen aumentos de entropía en el sistema, es decir se generan entropía. Esta generación de entropía trae consigo una perdida de trabajo utilizable debido a la degradación de la energía mecánica producido por las irreversibilidades presentes como lo es el roce.


2.-Realice el comentario sobre la desigualdad de Clausius

La desigualdad de Clausiu es una relación entre las temperaturas de un número arbitrario de fuentes térmicas y las cantidades de calor entregadas o absorbidas por ellas, cuando a una sustancia se le l e hace recorrer un proceso cíclico arbitrario durante el cual intercambie calor con las fuentes. Esta desigualdad viene dada por:

dQ / T <= 0

En el caso caso de una una cantidad infinita de fuentes. fuentes.

En la desigualdad de Clausius no se han impuesto restricciones con respecto a la reversibilidad o no del proceso, pero si hacemos la restricción de que el proceso sea reversible podemos ver que no importa el camino que usemos para recorrer el proceso, el cambio de calor dQ va a hacer igual en un sentido o en otro por lo que llegaremos a que:

dQ / T = 0

Como estamos imponiendo que usemos un camino cualquiera esta diferencial es una diferencial exacta y diremos que representa a una función de estado S que pude representarse por dS. Esta cantidad S recibe el nombre de Entropía del sistema y la ecuación:

dQ / T = dS

establece que la variación de entropía de un sistema entre dos estados de equilibrio cualesquiera se obtiene llevando el sistema a lo largo de cualquier camino reversible que una dichos estados, dividiendo el calor que se entrega al sistema en cada punto del camino por la temperatura del sistema y sumando los coeficientes así obtenidos.

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SPT - ENTROPIA FISICOQUIMICA 3. En el experimento realizado con que tipo de sustancia se ha trabajado y cual es el sistema en el que se trabajo.

En el experimento que se realizo se ha trabajado con el agua en sus dos estados físicos líquido y solidó. El agua en el estado liquido se uso para calibrar el calorímetro y los cubitos de hielo se utilizo para calcular la entropía y el sistema utilizado fue aislado.

4. ¿Qué entiendes por un proceso isoentrópico i soentrópico y proceso poli trópicos? Procesos Iso Son los procesos cuyas magnitudes permanecen "constantes", es decir que el sistema cambia manteniendo cierta proporcionalidad en su transformación. Se les asigna el prefijo iso- . Ejemplo:

 Isotérmico : Proceso a temperatura Constante  Isobárico : Proceso a Presión Constante 

Isométrico o Isocórico : Proceso a Volumen Constante

 Isentalpico : Proceso a Entalpía Constante  Isentrópico : Proceso a entropía Constante

Procesos Poli trópicos

Son aquellos procesos termodinámicos en donde se cumple la ecuación: PVª=cte. Donde "a" es un número dado. Para el caso de procesos adiabáticos, el "a" es igual a "k", el cual es un valor específico para cada sustancia. Este valor se puede encontrar en tablas para dicho caso.

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SPT - ENTROPIA FISICOQUIMICA 5. ¿Cuál seria el comportamiento entrópico de un gas cuando se expande de un sistema a otro? Expansión de Joule (expansión en el vacío).

La expansión de Joule, fenómeno f enómeno irreversible, esta acompañado necesariamente por un aumento de entropía. Se calcula este aumento para una expansión infinitesimal escribiendo simplemente la identidad termodinámica, que da

0 = dU = TdS - pdV De donde se obtiene:   S  p    .   V U T Este coeficiente es efectivamente siempre positivo.

Expansión de Joule-Kelvin.

Fig. 26. La expansión de Joule-Kelvin Si se parte de una temperatura inferior a la temperatura de inversión, la expansión de Joule-Kelvin enfría el gas. Este fenómeno se aprovecha para obtener la licuefacción de ciertos gases. En particular la máquina de Linde, que produce aire líquido funciona utilizando la expansión de Joule-Kelvin. Como la expansión de Joule, la expansión de Joule-Kelvin, otro fenómeno irreversible, se acompaña de un aumento de entropía. Como la entalpía es constante, se tiene

0 = dH = T dS + V dp. Por consiguiente:

  S  V    T   p  H

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www.cec.uchile.cl/~roroman/pag_2/ENTROPIA http://es.wikipedia.org/wiki/Entrop%C3%ADa_(termodin%C3%A1mica).. http://es.wikipedia.org/wiki/Entrop%C3%ADa_(termodin%C3%A1mica) G. Ponz Muzzo fisicoquímica quinta edición Lima – Perú 1978 www.monografias.com/trabajos15/ www.monografias.com/trabajos 15/ transftransf -calor/transf-calor.shtml - 37k

entropia informe[1][1]

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