entropia informe[1][1]

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SPT - ENTROPIA FISICOQUIMICA

El presente informe esta basado en el segundo principio de la

termodinámica (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.

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 y liberado en la mezcla de los cuerpos

a diferentes temperaturas.

Calcular la entropía en forma experimental en el laboratorio.

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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. 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. 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”

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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:

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 sistema ni en los alrededores, por tanto ΔSsistema = - ΔS

alrededores

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Entropía y rendimiento de máquinas térmicas

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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

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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 100 mL. De agua destilada al

calorímetro y observar y anotar la temperatura inicial (temperatura

ambiental 19 ºC).

2. En otro vaso se 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 del calorímetro experimentalmente.

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CALIBRACIÓN

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

ENTROPIA

AGREGAR

SE CALIENTA 100 m L.A 30 ºC SE AGREGA

EN PRÁCTICA

100 m L. DE AGUA DESTILADA

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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 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 y

liberado para luego calcular la entropía de sistema (S2).

I.-PROCESO SE PESA 50g DE HIELO

II.-PROCESO

SE MIDE 100 m L.DE AGUA

DESTILADA A 50ºC

AGREGAR Y MEDIR LA TEMPERATURA

AGREGAR Y MEDIR LA TEMPERATURA

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Datos para calcular el calor específico.

Datos para calibrar el

calorímetro

T1 (ºC) T2 (ºC) Te (ºC) M1 (g) M2(g) Ce

(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, Ce = 0.2209

Datos para calcular la entropía del sistema

Procesos Te (ºC) Q (absorbido y liberado) (cal/K)

1 6.2 4310 15.42

2 25 18590 62.38

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Las entropías hallados en nuestro sistema S1=15.42 cal/K y S2 = 62.38

cal/K son directamente proporcional a sus calores absorbidos o 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 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. Si tomamos a la 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.

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Se determino el calor específico del calorímetro en tres procedimientos

hallando como 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. QA1 = Qc1= 4310. y QA2 Qc2= 18590Cal.

Las entropías calculadas en el desarrollo de la práctica son los siguientes

valores o resultados. y

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

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distintas temperaturas. Esta variación puede llegar

a ser +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.

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)

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- 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) Ce cal2 = 0.228 cal/k

EXPERIMENTO (3) 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

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1.- Como interpreta la transferencia de la entropía del calor

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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 hace recorrer un proceso

cíclico arbitrario durante el cual intercambie calor con las fuentes. Esta

desigualdad viene dada por:

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dQ / T <= 0

En el caso de una cantidad infinita de 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.

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.

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4. ¿Qué entiendes por un proceso isoentrópico 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.

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 irreversible, esta acompañado

necesariamente por un aumento de entropía. Se calcula este aumento para una

expansión infinitesimal escribiendo simplemente la identidad termodinámica, que

da

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0 = dU = TdS - pdV

De donde se obtiene:

.

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:

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www.cec.uchile.cl/~roroman/pag_2/ENTROPIA

http://es.wikipedia.org/wiki/Entrop%C3%ADa_(termodin

%C3%A1mica).

G. Ponz Muzzo fisicoquímica quinta edición Lima – Perú 1978

www.monografias.com/trabajos15/ transf-calor/transf-calor.shtml - 37k