LEY CERO DE LA TERMODINAMICA Y ESCALAS DE TEMPERATURA Alex Giovanni Beltrán Rivera Cód !!! "#!$% Se&a'tián Rivero' Orti( Cód !!!"#!!% Ivonne Alexa Ca)a*+o Mala,ón Cód !!! "#!#"
Resumen: Este
laboratorio nos involucra respecto a la ley cero, interaccionando con variables como las bajas y altas temperaturas que relacionándose entre sí permitirán conocer este concepto, en cierto momento estas llegan a un equilibrio térmico y por medio de implementos para la medición de la temper temperatu atura ra como la termoc termocupl upla a y el termóm termómetr etro o de mercu mercurio rio determin determinare aremos mos los cambio cambioss respectivos que tiene el agua, agua, bajo la aplicación aplicación de calor por medio de la plancha de calefacción y del frio con cubos de hielo, graficando estos datos y analizando los resultados.
emperatura, escala, Palabras clave: emperatura,
equilibrio, contacto.
Introducción
• •
Objetivo principal: •
De)o'trar el *on*e-to de la le. *ero de la ter) ter)od odin iná) á)i* i*aa *o)o *o)o /0nd /0nda) a)en ento to en el e10ili&rio t2r)i*o de lo' *0er-o'
Objetivos secundarios: •
Anali( Anali(ar ar la te)-er te)-erat0 at0ra ra de e10ili e10ili&ri &rio o del a,0a &a3o di'tinto' -ará)etro'
•
Co)-rend Co)-render er la rela*ión rela*ión exi'tente entre la te)-erat0ra . el tie)-o en di/erente' e'*ala' de te)-erat0ra t e)-erat0ra
Montaje En el la&oratorio reali(ado 'e -ro-0'ieron *in*o 5!6 -ro*edi)iento' lo' *0ale' no' -er)itieron ver la' varia* varia*ion ione' e' de te)-er te)-erat0 at0ra ra re'-e re'-e*to *to a di'tint di'tinto' o' )e*ani')o' reali(ado'; "
Se )idió )idió la te)-e te)-era rat0r t0raa dire*t dire*taa de lo' lo' *0&o' *0&o' de +iel +ielo o Tanto nto *on *on el ter) ter)ó) ó)et etro ro de )er*0rio *o)o la ter)o*0-la4 'e +a*en ! )edi*ione'4 'a*ar 0n re'-e*tivo -ro)edio . llena)o' la re'-e*tiva ta&la
%
En 0n &ea9er &ea9er44 llenar llenar *on *on a,0a a,0a a te)-e te)-era rat0r t0raa a)&iente +a'ta %$$ )l . 'a*ar la re'-e*tiva te)-erat0ra *on el ter)ó)etro de )er*0rio . la ter)o*0-la4 +a*er *in*o )edi*ione' . 'a*ar 'a*ar el re'-e re'-e*ti *tivo vo -ro)e -ro)edio dio llenan llenando do la re'-e*tiva ta&la
<
En 0n *alo *alorr7)et 7)etrro *on *on %$$ %$$ )l de a,0a a,0a a te)-erat0ra a)&iente adi*ionar % *0&o' de +ielo +ielo . ta-ar ta-ar44 to)ar to)ar )edi* )edi*ion ione' e' *ada *ada %$ 'e,0ndo' 'e,0ndo' d0rante d0rante "$ )in0to'4 )in0to'4 llenando la re'-e*tiva ta&la
#
Pone Pone)o )o'' 'o&re 'o&re 0na -lan* -lan*+a +a de *ale/ *ale/a* a**i *ión ón %$$ )l de a,0a en 0n &ea9er . de3a)o' 10e e'ta lle,0e a nivele' de e&0lli*ión4 0na ve( e'to o*0rra introd0*i)o' el l710ido dentro del del *alo *alor7 r7)e )etr tro o 30nt 30nto o *on *on do' do' +iel +ielo' o' . to)a)o' 0na )edi*ión *ada )in0to d0rante "$ )in0to'
!
So&r So&ree 0na 0na -lan -lan*+ *+aa de *ale *ale/a /a** **ió ión n 5-la 5-lan* n*+a +a N=< I8A6 *olo*a)o' 0n &ea9er *on %$$ )l de a,0a4 0a4 *0and 0ando o e)-ie* -ie*ee a var variar iar la te)-erat te)-erat0ra 0ra to)a)o' to)a)o' la te)-erat0r te)-erat0raa *ada
Marco Teórico La le. *ero *ero de la ter)od ter)odiná iná)i* )i*aa trata trata a*er*a a*er*a del e10ili&rio t2r)i*o4 'i 0n *0er-o A 'e en*0entra en *onta*to -or 0n deter)inado tie)-o 5t6 *on 0n *0er-o B e'to' lle,aran a 0na )i')a te)-erat0ra . 'i l0e,o a,re,a)o' 0n *0er-o C en *onta*to *on A . B4 tanto A4 B . C4 'e en*ontraran en e10ili&rio t2r)i*o De a107 '0r,e la i)-ortan*ia de te)-erat0ra4 *ondi*ión la *0al *0al -o'een -o'een todo' lo' *0er-o *0er-o'' . el +o)&r +o)&ree +a a-rendido a )edirlo' )ediante 'i'te)a' . e'*ala' de re/e re/ere ren* n*ia ia *o)o *o)o Cel' Cel'i0 i0'4 '4 8elv 8elvin in44 Ran9 Ran9in inee . :a+ren+eit
Metodología Materiales • • • • • •
Ter)ó)etro de )er*0rio Ter)o*0-la C0&o' de +ielo Bea9er Plan*+a de *ale/a**ión Crono)etro
A,0a Calor7)etro
)in0to d0rante "$ )in0to'4 llenando la re'-e*tiva ta&la
$%°& :0ente; A0tore' Tabla . Ca)&io de e'*ala' de te)-erat0ra -ara el a,0a a te)-erat0ra a)&iente
Resultados Para e'ta -arte 'e 'e-araron lo' -ro*edi)iento' del -ri)ero al 10into4 -ara -oder in/erir en *ada 0no de )anera inde-endiente de la 'i,0iente )anera;
Tablas: 1° Montaje :0ente A0tore'
En la' 'i,0iente' ta&la' 'e a-re*ian la' *in*o )edi*ione' reali(ada' dire*ta)ente al +ielo *on '0 re'-e*tivo -ro)edio . 'e,0ida)ente el *a)&io a toda' la' e'*ala' de te)-erat0ra
(n)lisis de Resultados: 2° Montaje
Ter#ocupla $%°&
%
%
%
<
<
2' °%
En e'te )onta3e 'e o&'erva 10e lo' dato' tendieron a 'er lo' )i')o'4 in/eri)o' en e'to *on la le. *ero de&ido a 10e .a 'e en*0entra 0n e10ili&rio entre la te)-erat0ra del a,0a . la te)-erat0ra a)&iente -or lo 10e no de&er7a variar . re'-e*tiva)ente no lo +a*e4 .a 10e e'ta e'ta 'e )antiene en "@ =C tanto *on la )edi*ión de ter)o*0-la *o)o *on ter)ó)etro de )er*0rio
Ter#ó#etro $%°&
<
<
<
<
#
3'2 °%
Tablas: 3° Montaje
Tabla 1. Pro)edio de la' )edi*ione' reali(ada' dire*ta)ente en el +ielo *on ter)o*0-la . ter )ó)etro de )er*0rio
Mediciones
1°
2°
3°
°
!°
"ro#edio
Para e'te )onta3e 'e to)ó a,0a a te)-erat0ra a)&iente en 0n *alor7)etro4 'e le adi*ionaron do' *0&o' de +ielo . 'e ta-ó4 l0e,o 'e )idió la te)-erat0ra *ada %$ 'e,0ndo'4 dándolo' lo' 'i,0iente' re'0ltado' en ,rado' Cel'i0'
:0ente; A0tore' Tabla 2. Ca)&io de e'*ala' de te)-erat0ra -ara el +ielo
Tabla !. Dato' o&tenido' -ara el a,0a *on do' *0&o' de +ielo en el *alor7)etro4 +e*+a' *ada %$ 'e,0ndo' en ,rado' Cel'i0'
:0ente; A0tore'
(n)lisis de Resultados: 1° Montaje En e'te -ro*edi)iento 'e o&'erva 10e en la' *in*o )edi*ione' +0&o 0na -o*a varia*ión a lo' dato'4 a la *0al 'e le atri&0.e a 10e el +ielo -o'e7a 0n -e10e>o *a)&io en la te)-erat0ra de&ido a 10e 'e e)-e(a&a a de'*on,elar . -or e'to la' ?lti)a' )edi*ione' de la te)-erat0ra a0)entan 0n -o*o4 -or lo *0al trata de e10ili&rar'e la te)-erat0ra a)&iente *on la del +ielo
Tablas: 2° Montaje En e'te )onta3e 'e +i(o el )i')o -ro*edi)iento anterior4 -ero e'ta ve( 'e 0tili(ó a,0a a te)-erat0ra a)&iente en 0n &ea9er4 'e,0ida)ente 'e le reali(aron la' *in*o )edi*ione' . 'e 'a*ó '0 -ro)edio 30nto *on la' re'-e*tiva' *onver'ione' a toda' la' e'*ala' de te)-erat0ra
:0ente; A0tore'
L0e,o +i*i)o' *a)&io' de e'*ala' de Cel'i0' a :a+ren+eit dándono' la 'i,0iente ta&la
Tabla 3. Pro)edio de la' )edi*ione' reali(ada' al a,0a a te)-erat0ra a)&iente *on ter)o*0-la . ter)o)etro de )er*0rio
Mediciones Ter#ocupla $%°& Ter#ó#etro
1°
"@ "@
2°
"@ "@
3°
"@ "@
°
"@ "@
!°
"@ "@
"ro#edio 1* 1* %
Tabla +. Conver'ione' reali(ada' de ,rado' Cel'i0' a :a+ren+eit -ara la ta&la anterior
:0ente; A0tore'
,ra-icas: 3° Montaje A+ora -ro'e,0i)o' a ,ra/i*ar lo' re'0ltado'4 tanto en ,rado' Cel'i0' *o)o :a+ren+eit -ara ter)o*0-la . ter)ó)etro de )er*0rio o&teniendo la' 'i,0iente' ,rá/i*a'
,ra-ica 1. Te)-erat0ra en /0n*ión del tie)-o -ara el a,0a *on do' *0&o' de +ielo en el *alor7)etro4 dato' to)ado' *on ter)o*0-la . ter)ó)etro de )er*0rio en ,rado' Cel'i0'
(n)lisis de Resultados: 3° Montaje a. 10e tener en *0enta 10e la te)-erat0ra e' 0na )edida de la ener,7a )e*áni*a de tra'la*ión )edia de la' )ol2*0la' de 0na '0'tan*ia4 -or lo tanto entre )a.or 'ea '0 te)-erat0ra el )ovi)iento de la' )ol2*0la' 'erá )a.or4 en e'te )onta3e la te)-erat0ra del a,0a de'*endió4 . en 0n *o)ien(o o&'erva)o' 10e lo +i(o )0. rá-ido a-roxi)ada)ente de "@ =C a ""=C 5-or a**ión del +ielo a,re,ado6 en 'olo %$ 'e,0ndo' . lo 'i,0e +a*iendo +a'ta lle,ar a lo' "%$ 'e,0ndo' en donde lle,a a e10ili&rar'e *on 0na te)-erat0ra -ro)edio de =C4 -or lo tanto e'te 'er7a el ini*io de '0 -0nto de e10ili&rio t2r)i*o4 en donde el +ielo . el a,0a lle,an a )antener 0na te)-erat0ra *on'tante 5le. *ero6 . no var7a 'e,?n lo' dato' re,i'trado'4 tanto lo' ,rado' Cel'i0' *o)o :a+ren+eit 'on relativo'4 .a 10e a)&a' e'tán &a'ada' en do' te)-erat0ra' *ono*ida' de '0'tan*ia' *o)0ne'4 *o)o el -0nto de /0'ión . -0nto de e&0lli*ión del a,0a 5Rolle4 %$$64 ade)á' 'e o&'erva 10e lo' dato' real)ente )antienen 0na varia&ilidad *er*ana entre a)&a' e'*ala' E'te -ro*e'o -0ede e'tar 'o)etido a )ár,ene' de error de&ido a 10e lo' +ielo' 'e )antienen en la '0-er/i*ie4 lo *0al invol0*rar7a la te)-erat0ra )á' /r7a en e'ta (ona )ientra' 10e en el /ondo del *alor7)etro e'ta tiende a de'*ender )á' lento4 lo *0al ex-li*ar7a el *a)&io de do' ,rado' en la )a.or7a de la' )edida' entre el ter)ó)etro de )er*0rio . la ter)o*0-la Otro in*onveniente e' la -o*a vi'i&ilidad 10e 'e )antiene dentro de *alor7)etro4 . de&ido a e'to4 -odr7a -a'ar 10e al,0no de lo' +ielo' )anten,a *onta*to *on'tante *on la '0-er/i*ie de lo' )edidore' de te)-erat0ra . altere lo' re'0ltado'
Tablas: ° Montaje Se o&t0vieron la' 'i,0iente' ta&la' tanto -ara Cel'i0' *o)o :a+ren+eit; Tabla . alore' -ara ,rado' Cel'i0' del a,0a en alta' te)-erat0ra &a3o *ondi*ione' de +ielo
:0ente; a0tore' ,ra-ica 2. Te)-erat0ra en /0n*ión del tie)-o -ara el a,0a *on do' *0&o' de +ielo en el *alor7)etro4 dato' to)ado' *on ter)o*0-la . ter)ó)etro de )er*0rio en ,rado' :a+ren+eit
:0ente; A0tore'
:0ente; A0tore'
usada por los termómetros de mercurio en donde la expansión del mercurio permitirá conocer la temperatura del medio
Tabla *. alore' -ara ,rado' :a+ren+eit del a,0a en alta' te)-erat0ra &a3o *ondi*ione' de +ielo
5Ca'tellan4 "@6 La te)-erat0ra e'tá a'o*iada *on 0na /or)a de ener,7a4 la Ener,7a T2r)i*a 5o *alor6 Si do' o&3eto' *on te)-erat0ra' di/erente' 'e -onen en *onta*to 5*onta*to t2r)i*o64 'e inter*a)&ia ener,7a t2r)i*a entre ello' Lle,arán a 0n e10ili&rio 5e10ili&rio t2r)i*o6 *0ando de3en de tener 0n inter*a)&io de ener,7a entre ello' e' de*ir *0ando e't2n a la )i')a te)-erat0ra Lo 10e indi*a 10e en la ,rá/i*a 'e )0e'tra *o)o lo' *0&o' de +ielo . el a,0a 10e /0e llevada +a'ta '0 -0nto de e&0lli*ión 'e en*0entran en e10ili&rio t2r)i*o a -artir del tie)-o %!$ 'e,0ndo' 5# )in0to'6 *on 0na te)-erat0ra de #! =C . ## =C -ara ter)o*0-la . ter)ó)etro , re'-e*tiva)ente C0ando 'e to)a la te)-erat0ra *on la ter)o*0-la . el ter)ó)etro de , e'to' in'tr0)ento' de )edi*ión no' dan en e'*ala de =C -ero -ara anali(ar e'ta ,ra/i*a e' ne*e'ario *onvertir de ,rado' Cel'i0' a ,rado' :a+ren+eit En e'*ala de te)-erat0ra :a+ren+eit 'e en*0entra 10e el *ero e'tá de'-la(ado <% ,rado' re'-e*to al *ero *ent7,rado . *ada ,rado :a+ren+eit e' !F del ta)a>oH de 0n ,rado *ent7,rado4 lo *0al ex-li*a -or10e 'e 'e-aran tanto la' do' l7nea' de tenden*ia 10e re-re'entan la )edi*ión Te)-erat0ra v' Tie)-o en ter)o*0-la . el ter)ó)etro de ,
:0ente; A0tore'
,ra-icas: ° Montaje Se )ontaron la' 'i,0iente' ,ra/i*a'; ,ra-ica 3. Te)-erat0ra en /0n*ión del tie)-o -ara el a,0a en alta' te)-erat0ra' &a3o *ondi*ione' de +ielo en Cel'i0'
Tablas: !° Montaje Se,?n n0e'tro' dato' . lo' dato' de lo' de)á' ,r0-o' o&t0vi)o' lo' 'i,0iente' re'0ltado'; Tabla 10. Re'0ltado' del *alenta)iento del a,0a -ara ter)o*0-la . ter)ó)etro de )er*0rio -ara -lan*+a =" en Cel'i0' . :a+ren+eit
:0ente; A0tore' Tabla /. Te)-erat0ra en /0n*ión del tie)-o -ara el a,0a en alta' te)-erat0ra' &a3o *ondi*ione' de +ielo en :a+ren+eit
:0ente; A0tore'
(n)lisis de resultados: ° Montaje En este montaje entendimos que la ley cero constituye un método para medir la temperatura de cualquier sistema escogiendo una propiedad del mismo que varíe con la temperatura con sufciente rapidez y que sea de ácil medición, llamada propiedad termométrica, esta propiedad es la misma
:0ente; A0tore'
#
Tabla 11. Re'0ltado' del *alenta)iento del a,0a -ara ter)o*0-la . ter)ó)etro de )er*0rio -ara -lan*+a =% en ,rado' Cel'i0' . :a+ren+eit
,ra-ica . Co)-orta)iento de la te)-erat0ra en /0n*ión de tie)-o en ,rado' Cel'i0' -ara el a,0a en *alenta)iento
:0ente; A0tore' :0ente; A0tore' Tabla 12. Re'0ltado' del *alenta)iento del a,0a -ara ter)o*0-la . ter)ó)etro de )er*0rio -ara -lan*+a =< en ,rado' Cel'i0' . :a+ren+eit
,ra-ica !. Co)-orta)iento de la te)-erat0ra en /0n*ión de tie)-o en ,rado' Cel'i0' -ara el a,0a en *alenta)iento
:0ente; A0tore' ,ra-ica +. Co)-orta)iento de la te)-erat0ra en /0n*ión de tie)-o en ,rado' Cel'i0' -ara el a,0a en *alenta)iento :0ente; A0tore' Tabla 13. Re'0ltado' del *alenta)iento del a,0a -ara ter)o*0-la . ter)ó)etro de )er*0rio -ara -lan*+a #= en ,rado' Cel'i0' . :a+ren+eit
:0ente; A0tore' :0ente; A0tore'
,ra-icas: !° Montaje Una ve( *on todo' lo' dato' -ro'e,0i)o' a ,ra/i*ar *ada ta&la en Cel'i0' tanto *on la ter)o*0-la *o)o el ter)ó)etro de )er*0rio4 o&teniendo el 'i,0iente *o)-orta)iento;
,ra-ica . Co)-orta)iento de la te)-erat0ra en /0n*ión de tie)-o en ,rado' Cel'i0' -ara el a,0a en *alenta)iento
:0ente; A0tore'
ibliogra-ía
(n)lisis de resultados: !° Montaje
Ca'tellan4 G 5"@6 !isicoquímica. Pear'on Ed0*a*ión
En e'ta a*tividad 'e -0ede o&'ervar el di/erente *o)-orta)iento de la' -lan*+a' de *alenta)iento /rente a la rela*ión te)-erat0ra tie)-o donde 'e o&'ervó *o)-orta)iento' di/erente' en toda' .a 'ea -or '0 )ar*a 5ter)o'*ienti/i*4 I8A6 o '0 nivel 5alto4 )edio6 Se o&'erva 10e al,0na' -lan*+a' de'e)-e>aron 0n )e3or tra&a3o .a 10e -re'entaron 0n *alenta)iento rá-ido de /or)a dire*ta)ente -ro-or*ional en rela*ión te)-erat0ra v' tie)-o *o)o -or e3e)-lo en la -lan*+a n?)ero % . " Por otro lado 'e o&'ervó 0na tenden*ia *ontante en la -lan*+a n0)ero < lo *0al -0ede 'er -rod0*to de 0na /alla de la -lan*+a .a 10e e'ta e' I8A nivel alto . al *o)-ararla *on lo' valore' arro3ado' -or la I8A nivel &a3o 'e -0ede de*ir 10e e'ta -re'enta /alla' -or el *alenta)iento *on'tante 10e -re'ento 5S+a-iro Moran4 %$$#6
Rolle4
8 C 5%$$6 ermodinámica. Pear'on Ed0*a*ión
S+a-iro4 N4 Moran4 M J 5%$$#6 !undamentos de termodinámica técnica. Reverte
En e'te )onta3e inve'ti,a)o' 10e lo' *0er-o' *aliente' tienden a di/0ndir '0 ener,7a a lo' *0er-o' )á' /r7o' E'te /l03o de ener,7a e' deno)inado *alor o ener,7a *alor7/i*a4 a'74 -ode)o' -er*i&ir la tenden*ia del *alor a -a'ar de *0al10ier *0er-o *aliente +a*ia otro' )á' /r7o' en '0' alrededore'4 e'ta tran'/eren*ia de *alor tiene l0,ar +a'ta 10e nin,0no de lo' *0er-o' del 'i'te)a e' *a-a( de a&'or&er )á' *alor
%onclusiones Se lo,ró de)o'trar el *on*e-to de la le. *ero de la ter)odiná)i*a *o)o /0nda)ento en el e10ili&rio t2r)i*o de lo' *0er-o'4 .a 10e en lo' )onta3e' -ro-0e'to' 'e o&'ervó 0na 0ni/or)idad en lo' dato' 10e 'e lo,raron -la')ar en la' ,rá/i*a'4 en*ontrando 10e +a&7a 0n *onta*to entre 'i . '0' -ro-iedade' 'e e'ta&ili(a&an en valore' 10e no *a)&iaron en *ierto tie)-o Se anali(ó la rela*ión entre la te)-erat0ra . el a,0a &a3o di'tinta' e'*ala'4 teniendo en *0enta /a*tore' *o)o el *alor . el /rio -er)itiendo 'a&er *ó)o intera*t?an -ara lle,ar a 0n e10ili&rio t2r)i*o
Reco#endaciones Se,?n la' o&'erva*ione' +e*+a' -or n0e'tro ,r0-o -lantea)o' 10e -0eden +a&er )0*+a' varia&le' 10e -0eden -ert0r&ar n0e'tro' re'0ltado'4 al,0na' de e'ta' 'on el *onta*to dire*to de lo' +ielo' *on lo' &0l&o' de lo' ter)ó)etro'4 la' rá-ida' rea**ione' 10e 'e -0eden dar 0na rea**ione' 5+ielo4 a,0a +irviendo64 )al )ane3o de la' )edi*ione' -or el tie)-o4 en -o*a' -ala&ra' -0ede +a&er )0*+a' *a'o'4 +a'ta en el )al /0n*iona)iento de lo' e10i-o' en n0e'tro *a'o4 la -lan*+a n0)ero <= 10e no al*an(o a ,enerar la te)-erat0ra de'eada
