TERMODINÁMICA (1212EP) Material didáctico para alumnos. Q.GSS. e IQ REDD. Nombre del Alumno

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1 Material didáctico para alumnos. Q.GSS. e IQ REDD LENGUAJE TERMODINÁMICO INSTRUCCIONES: Resolver la siguiente sopa de letras. Buscar y marcar en el cuadro las palabras que contesten correctamente las definiciones o ideas mencionadas acerca del lenguaje termodinámico; e indicar la respuesta al lado de la aseveración. A P F T R A Y E C T O R I A C O L M E X Z E I M P E R M E A B L E U W Z R T J O P C A S E N P R O C E S O F E N C D C A L V O L C P R P O M O P I G M Y D I A T E R M I C A I E O I I O A P M O L A R V R I N N P L E X T C J A G D E O I L V X T E I O T R S Z Y B A I K E N I O L D E O M E R N A O R W I W X B F L I M N D I F I D A M S I O R W G I D A A I M Q J A R A N L M A S O E R N C U J O A I C P E R M E A B L E X D V Y W O Z K L M N D A N V Z I T W X B I N T E R F A S E O P Q A R R W L C G H K M N O S I S T E M A S T U V X S Z C A M B I O D E E S T A D O Y Z D Q V Y 1. Secuencia de pasos por los que pasa un sistema para realizar un cambio de estado. 2. Pared que permite el paso de materia. 3. Pared que no permite la variación de volumen del sistema. 4. Sinónimo de la propiedad másica. 5. Parte del universo más cercano al sistema. 6. Pared que no permite el paso de materia. 7. Propiedad extensiva que se divide por la cantidad de materia. 8. Método de trabajo para realizar un cambio de estado que incluye el camino 9. Cambio de la condición de un sistema al cambiar el valor de sus propiedades. 10. Pared que permite el intercambio de energía térmica. 11. Superficie de separación entre dos fases. 12. Parte del universo que se aísla para investigación. 13. Está formado por la vecindad y el sistema. 14. Estudia las transformaciones de la energía. 15. Propiedad intensiva que resulta del cociente de dos propiedades extensivas. 16. Características del sistema. 17. Pared que permite la variación de volumen del sistema. 18.Pared que no permite el intercambio de energía térmica. 1

2 LENGUAJE TERMODINÁMICO RESUELVA EL SIGUIENTE CRUCIGRAMA: HORIZONTALES 1 Pared que no permite cambio de volumen 4 Propiedad específica llamada también: 6 Se forma de sistema y alrededores 8 Parte del universo aislada para investigar 11 Unidad de cantidad de materia 12Límite de un sistema 13Ejemplo de propiedad intensiva 14Parte de la fisicoquímica que estudia las transformaciones de energía 19Propiedad que depende del tamaño del sis-tema 21 Proceso a presión constante 22 Sucesión de procesos combinados en donde el estado inicial coincide con el estado final. 24 Pared que impide el paso de materia 25 Ejemplo de propiedad extensiva 26 Sistema con una sola fase. REALIZADO POR Q. GUILLERMINA SÁNCHEZ SALINAS. VERTICALES 1 Proceso cuasiestático o no natural 2 Proceso a volumen constante 3 Sistema que no intercambia masa ni energía con los alrededores 5 Método de trabajo para realizar cambio de estado 7 Propiedad aditiva 9 Propiedad constitutiva 10 Sistema que intercambia energía pero no materia con los alrededores. 15 Pared que permite el cambio de volumen 16Propiedad aditiva que se divide por cantidad de materia 17 Pared que permite el paso de materia 18 Sistema que intercambia masa y energía con los alrededores 19 Sinónimo de alrededor 20 Sinónimo de ambiente 23 Integra al sistema homogéneo 2

3 LENGUAJE TERMODINÁMICO RESUMEN REALIZADO POR Q. GUILLERMINA SÁNCHEZ SALINAS. UNIVERSO.- Está constituido por el sistema y sus alrededores. SISTEMA TERMODINÁMICO.- Aquella parte del universo que se desea estudiar; por lo que resulta ser una porción aislada del universo bajo investigación. Sustancia o mezcla de sustancias que se encuentra aislada con respecto a todas las demás, para el cual se pueden investigar efectos de presión, temperatura y propiedades de los constituyentes. LÍMITE, FRONTERA O PARED.- Aislar algo, indica que se limita y los límites pueden ser reales o imaginarios, fijos (rígidos) o móviles y son responsables de separar o restringir algo y permiten o no interaccionar con el resto del universo. ALREDEDORES, AMBIENTE, EXTERIOR, ENTORNO O VECINDAD.- Es la parte del universo más cercana al sistema con la cual, éste puede interaccionar o intercambiar energía. ESTADO DE UN SISTEMA.- Es la condición específica de un sistema, la cual es completamente descrita por las propiedades del mismo. ESTADO DE EQUILIBRIO.- es aquel en donde los valores numéricos de sus variables termodinámicas no varían notablemente con el tiempo. ECUACIÓN DE ESTADO.- Relación matemática entre variables o propiedades. Relación matemática entre las distintas propiedades medibles que describen al sistema, la cual, permite conocer y predecir su comportamiento. PROPIEDADES, VARIABLES, FUNCIONES O COORDENADAS TERMODINÁMICAS.- Características macroscópicas del sistema que pueden medirse experimentalmente y que permiten describir un sistema. CAMBIO DE ESTADO DE UN SISTEMA.- Esta determinado por todo cambio que se presente en la magnitud o valor de una o varias propiedades del sistema y esto permite modificar el estado inicial del sistema hasta alcanzar un determinado estado final, y puede o no presentarse una transición de fase. FUNCIÓN O PROPIEDAD DE ESTADO.- Es aquella variable termodinámica cuyo cambio depende exclusivamente de los estados inicial y final del sistema. FUNCIÓN O PROPIEDAD DEL CAMINO O TRAYECTORIA.- Es la variable que depende de todas las etapas involucradas en la trayectoria seguida para realizar un cambio de estado TRAYECTORIA O CAMINO.- Es la secuencia de pasos por los que un sistema pasa al llevar a cabo un cambio de estado, en donde se especifican los estados inicial, final e intermedios LENGUAJE TERMODINÁMICO. Resumen realizado por Q. Guillermina Sánchez Salinas. 3

4 LENGUAJE TERMODINÁMICO. Resumen realizado por Q. Guillermina Sánchez Salinas. -2- PROCESO TERMODINÁMICO.- Es el método de trabajo mediante el cual se realiza un cambio de estado y que establece: la frontera, el cambio de estado, la trayectoria y los efectos producidos en el sistema y en los alrededores. CICLO.-Cambio de estado que conduce a las condiciones iniciales, de tal forma que coinciden los estados inicial y final del sistema. PROCESO CÍCLICO.- Proceso mediante el cual se realiza un ciclo. FASE.- Porción homogénea en todas sus partes, físicamente distinguible y mecánicamente separable. INTERFASE.- Superficie de separación entre dos fases cuyas propiedades resultan ser un promedio de las características de las fases que la integran. COMPONENTES DE UN SISTEMA.- Es el menor número de constituyentes químicamente distintos, necesarios para describir cada fase del sistema. Si no ocurren reacciones químicas, el número de componentes es el número de sustancias distintas presente. El número de componentes en un sistema es el número de especies químicas menos el número de ecuaciones que los relacionan. SISTEMA: CLASIFICACIÓN DE TÉRMINOS. -*Clasificación de acuerdo a la interacción entre el sistema y su vecindad, la cual depende del tipo de pared o frontera que limite al sistema. SISTEMA CERRADO.- El sistema no puede intercambiar materia con su entorno, pero si puede intercambiar energía. SISTEMA ABIERTO.- Este sistema puede intercambiar materia y energía con su vecindad. SISTEMA AISLADO.- En estos sistemas no se intercambia ni materia ni energía ya que no tienen contacto con el exterior. -*Clasificación de acuerdo al número de fases que presenta el sistema. SISTEMA HOMOGÉNEO.- El que consta de una sola fase y cuyas propiedades intensivas tienen el mismo valor en todas y cada una de sus partes. SISTEMA HETEROGÉNEO.- Sistema que consta de dos o más fases y cuyas propiedades intensivas no tienen el mismo valor en todas y cada una de sus partes. LENGUAJE TERMODINÁMICO. Resumen realizado por Q. Guillermina Sánchez Salinas. 4

5 LENGUAJE TERMODINÁMICO. Resumen realizado por Q. Guillermina Sánchez Salinas. PAREDES: -3- PAREDES AISLANTES.-Aquellas que no permiten interacción alguna entre el sistema y sus alrededores. PAREDES ADIABÁTICAS.- Las que sólo permiten interacciones de tipo mecánico y que se pueden considerar como aislantes térmicos; es decir, no permiten el paso de energía térmica** PAREDES DIATERMICAS O TERMICAMENTE CONDUCTORAS.-Son aquellas que permiten el intercambio de energía térmica. PAREDES RÍGIDAS O NO MÓVILES.-Aquellas que no permiten la variación de volumen del sistema pues lo mantienen mecánicamente aislado. PAREDES MÓVILES FLEXIBLES O NO RÍGIDAS.- Son las que permiten la variación de volumen del sistema pues se presenta interacción mecánica entre el sistema y su vecindad. PAREDES PERMEABLES.- Son aquellas que permiten el paso de masa. PAREDES IMPERMABLES.- Las que no permiten el paso de masa. PAREDES SEMIPERMEABLES.-Son aquellas que permiten selectivamente el paso de masa. PROPIEDADES TERMODINÁMICAS: PROPIEDADES MEDIBLES.- Son aquellas a las que se les puede asignar un valor numérico por comparación directa o indirecta con un patrón. PROPIEDADES NO MEDIBLES.- Son aquellas a las que no se les puede asignar un valor numérico. PROPIEDADES MEDIBLES: PROPIEDADES INTENSIVAS O CONSTITUTIVAS.-Su magnitud es independiente de la masa o del tamaño del sistema y sólo depende de su constitución. PROPIEDADES EXTENSIVAS O ADITIVAS.-Su magnitud depende de la masa o tamaño del sistema y de la totalidad de sus partes. LENGUAJE TERMODINÁMICO. Resumen realizado por Q. Guillermina Sánchez Salinas. 5

6 LENGUAJE TERMODINÁMICO. Resumen realizado por Q. Guillermina Sánchez Salinas. -4- NOTA.- El cociente de dos propiedades extensivas da como resultado una propiedad intensiva: PROPIEDADES ESPECÍFICAS O MÁSICAS.- Son aquellas propiedades extensivas que se dividen por la masa. PROPIEDADES MOLARES.- Son aquellas propiedades extensivas que se dividen por la cantidad de materia. PROPIEDADES VOLUMÉTRICAS.- Son aquellas propiedades extensivas que se dividen por el volumen. PROCESOS TERMODINÁMICOS: -* Clasificación de acuerdo a la naturaleza del proceso. PROCESO REVERSIBLE, NO NATURAL O CUASIESTÁTICO.- Es un proceso idealizado, lento y decimos que es reversible si el sistema al experimentar un cambio de estado se encuentra todo el tiempo en condición de equilibrio con su vecindad, de tal forma que pueda regresar a su estado original y tanto el sistema como su vecindad recuperen sus condiciones originales. PROCESO IRREVERSIBLE, NO CUASIESTÁTICO O NATURAL.-Son aquellos procesos que ocurren rápidamente y por tanto no siempre están en condición de equilibrio el sistema y su entorno y por tanto al retornar el sistema a sus condiciones originales, no se mantienen las características del sistema y/o la vecindad. -* Clasificación de acuerdo a las condiciones o restricciones impuestas durante la realización del proceso. PROCESO ISOTÉRMICO O ISODINÁMICO.-Aquel que se desarrolla manteniendo la temperatura constante. PROCESO ISOBÁRICO O ISOPIÉSTICO.- Es el proceso que se desarrolla manteniendo la presión constante. PROCESO ISOCÓRICO O ISOMÉTRICO.-Cuando al desarrollarse el proceso el volumen permanece constante. PROCESO ADIABÁTICO O ISOENTRÓPICO.-Al desarrollarse este proceso no hay intercambio de energía térmica entre el sistema y sus alrededores. PROCESO POLITRÓPICO.- Es aquel que se realiza utilizando cualquier camino, con la condición de que ocurra de manera reversible y cuya ecuación de la curva de presiones es igual a PV = K, siendo " 0" una magnitud constante para el proceso. **A la energía térmica en algunos libros de texto se le conoce como "calor". LENGUAJE TERMODINÁMICO. Resumen realizado por Q. Guillermina Sánchez Salinas. 6

7 Material didáctico. Q. GSS. e IQ REDD LENGUAJE TERMODINÁMICO. A continuación se presentan algunos términos que se revisan en la práctica del tema LENGUAJE TERMODINÁMICO. Revisar y resolver: 1.- Dar el nombre de la frontera o pared que: a) no permite el flujo de energía térmica y mencionar un ejemplo cotidiano. b) permita que un sistema modifique su temperatura y su volumen 2.- En un recipiente cerrado se tiene un sistema formado por aire y alcohol en su temperatura de ebullición, condición en donde coexisten el líquido y el vapor del alcohol. Indicar en esta situación el número de fases presentes y clasificar el sistema de acuerdo a ellas. 3.- Cuál es la operación que debe hacerse para obtener una propiedad específica? Dar un ejemplo. 4.- Clasificar termodinámicamente el cuerpo humano (sistema) de acuerdo a su interacción con los alrededores y de acuerdo a su composición. 5.- Un sistema gaseoso formado por dos mol de O 2 (gas modelo ideal) se encuentra en un recipiente cerrado y modifica su volumen de 25L hasta 50L. Si la temperatura es de 30ºC y no se modifica durante el proceso cuasiestático que se realiza; calcular el trabajo realizado en joule. Indicar: La sustancia de trabajo que integra el sistema El número de componentes en el sistema El proceso que se efectúa El nombre de una función de trayectoria El número de fases en el sistema El valor numérico de una propiedad intensiva El sistema descrito en el enunciado es: a) abierto y homogéneo b) abierto y heterogéneo c) cerrado y heterogéneo d) cerrado y homogéneo El sistema descrito en el enunciado tiene paredes: a) diatérmicas y rígidas b) diatérmicas y móviles c) adiabáticas y móviles d) adiabáticas y rígidas. 7

8 Material didáctico para alumnos. Q.GSS. e IQ REDD PRESIÓN Revisar y dar una breve definición y/o explicación: 1.- Definir presión 2.- Distinguir la diferencia entre presión y fuerza. 3.- Presión absoluta 4.- Presión atmosférica 5.- Presión manométrica 6.- Presión del sistema 7.- Presión de vacío 8.- Presión hidrostática 9.- Dar unidades de presión 10.- Barómetro 11.- Manómetro 12.- La presión y el clima, la presión y la salud, la presión y la vida cotidiana. Resolver los siguientes problemas: 1.- Cuál es la presión sobre una superficie de 5.0 cm 2, si la superficie se comprime con una fuerza de 20 kg f? 2.- En Veracruz se tiene una piscina de 10m de profundidad totalmente llena de agua. A) Cuál es la presión en el fondo de la piscina debido solamente al agua? B) Al considerar también la presión atmosférica local cuál es la presión en el fondo de la piscina? Dar los resultados en Pascal. 3.- Si la presión atmosférica local es igual a 6cm Hg. a la temperatura de 25 C, y en estas condiciones de trabajo las densidades del mercurio y del agua son respectivamente 13.53g cm -3 y 0.997g cm -3 cuál es el valor de la altura de la columna si el líquido del instrumento es agua? 4.- En un contenedor se tiene gas helio para inflar globos; se desea saber la presión del gas en el recipiente por lo que se conecta a un manómetro en U de rama abierta en donde se obtienen las siguientes lecturas: rama abierta 15 cm de agua y rama cerrada 29 cm de agua. Si la determinación se realiza en Mazatlán (presión atmosférica local 76 cm de Hg) dar el resultado en pascal y en atmósfera. Posteriormente la lectura se realiza en la ciudad de México (presión barométrica local 586 torr) cuál es el valor de la lectura manométrica en bar y en atmósfera. 8

9 Material didáctico para alumnos. Q.GSS. e IQ REDD TEMPERATURA. Revisar y dar una breve definición y/o explicación. 1.- Definir condición de equilibrio 2.- Definir equilibrio térmico 3.- Definir temperatura 4.- Indicar cuales son los instrumentos para determinar temperatura. Dar ejemplos. 5.- Definir escala termométrica y dar ejemplos. 6.- Indicar la unidad termométrica y dar ejemplos. 7.- Indicar la diferencia entre una escala empírica, relativa o experimental y la escala absoluta. 8.- Decir la condición necesaria para poder leer la temperatura en un termómetro. Resolver los siguientes problemas: 1.- Se elabora la escala de un termómetro tomando dos puntos de referencia: punto fijo superior (corresponde a la ebullición del benceno 80 C) y se asigna un valor de 150 X y el punto fijo inferior en donde 0 X corresponde a 25 C. Con esta información obtener la ecuación para transformar C a X y dar el valor en X que corresponda a C. 2.- Se tienen tres termómetros uno calibrado en F, otro en C y el tercero en K. Si en el termómetro en F se lee -22 cuál es su valo r en C y en K? 3.- En la zona de Palenque en un día muy soleado se registra una elevación de temperatura de 18 C, expresar esta variación de tem peratura en F, y en K. 4.- Un termómetro posee las escalas Celsius y Fahrenheit, si un T de 50 F corresponde a una longitud de 9in, calcular la longitud en cm para un T de 50 C. 5.- En el laboratorio de Termodinámica se establecen dos nuevas escalas relativas de temperatura; la escala PUMA ( P) y la escala Azu l( A). Si se considera la siguiente información experimental: T( P) Eb. Agua = Fus. Hielo =2 T( A) Eb. Agua = Fus. Hielo = -10 Encontrar la ecuación que relacione P con A: a) Con los puntos fijos y el intervalo entre ellos. b) Trazando una gráfica P(ordenada) vs. A(abscisa ) y poder determinar la ecuación de la recta. 9

10 Material didáctico para alumnos. Q.GSS. e IQ REDD LEYES EMPÍRICAS (RELACIÓN P-V) Revisar y dar breve definición y/o explicación: 1.- Qué y cuáles son las leyes empíricas de los gases? 2.- Cuál es la ley empírica que estudia la relación P-V? 3.- Cuáles son las características del gas modelo ideal? Resolver los siguientes problemas: 1.- Seleccionar las ecuaciones que representan la ley de Boyle-Mariotte en un diagrama P vs 1/V y PV vs P: a) Y = mx y Y = b b) Y = mx+b y Y = mx c) Y = mx y Y = mx -b 2.- Con base en la siguiente información decir si se cumple la ley de Boyle- Mariotte y justificar la respuesta: Una muestra de nitrógeno a la presión de 738 torr ocupa un volumen de 58 cm 3. Si la temperatura no se modifica un aumento de presión de 125 mm Hg. reduce el volumen del gas a 46 cm En el laboratorio de Termodinámica en C.U. (585 torr) se realiza una experiencia sobre la relación P-V y se encuentra la siguiente información: φ tubo = 0.5 cm, líquido manométrico agua teñida (ρ agua = 1.0gcm -3 ), temperatura constante e igual a 21ºC, altura del cilindro de gas = 16 cm, lectura manométrica en el brazo conectado al gas, desde la base del manómetro al menisco del agua 22cm y en el brazo abierto a la atmósfera el valor es de 26 cm; a partir de esta información decir el valor: a) del volumen del gas en L. b) de la lectura manométrica en cm de agua y en torr c) de la presión del gas en Pa d) del producto PV en atm L. 4.- Los alumnos del laboratorio de Termodinámica en C.U. (585 torr) realizaron una experiencia sobre la relación P-V y encontraron la siguiente información: φ tubo = 0.5 cm, líquido manométrico agua teñida (ρ agua = 1.0gcm -3 ), temperatura constante e igual a 21ºC: Lect. Manométrica (mmhg) Altura del cilindro de gas (cm)

11 Con esta información: a) Dibujar las gráficas PV vs. P y V vs. 1/P b) De la gráfica V vs. 1/P obtener la ecuación de estado correspondiente. c) Determinar el valor del producto PV en torr cm En el laboratorio de termodinámica (P atmosférica = 58.6cm. Hg.) se efectúa un trabajo práctico similar al de Boyle-Mariotte para estudiar la relación P-V de fluidos no condensados a temperatura constante y se cuenta con la siguiente información experimental: diámetro del tubo= 1cm. Condición inicial Presión del gas = 58.6cm Hg. Volumen del gas = 2.36cm 3 Condición final Presión del gas =? Volumen del gas = 0.79cm 3 Determinar el valor de la lectura manométrica en cm. Hg. 11

12 Material didáctico. Q.GSS. e IQ REDD MASA MOLAR Revisar y dar una breve definición y/o explicación: 1.- Definir masa molar e indicar si es una propiedad intensiva o extensiva. 2.- Cuál es la ley de Dalton?. Indicar para que tipo de sistemas es aplicable 3.- Definir presión parcial 4.- Describir y explicar la técnica de trabajo experimental. 5.- Cuál es la sustancia o sustancias que constituyen el sistema antes y después de romper la ampolleta? 6.- Es aplicable para la muestra problema la ecuación de gases? Justificar respuesta. Resolver los siguientes problemas: 1.- En el laboratorio de Termodinámica durante la realización de la práctica Determinación de la masa molar mediante el método de las presiones parciales se obtuvieron los siguientes datos: P barométrica = 58.5 cmhg. Temperatura del experimento = 68 C Peso de la ampolleta con muestra problema = 1.37g Peso de la ampolleta vacía = 1.29g Peso del matraz bola lleno con agua = g Peso del matraz bola vacío = 345.5g Lectura manométrica antes de romper la ampolleta = 2mmHg Lectura manométrica después de romper la ampolleta = 26.9mmHg Densidad del agua = 1gL -1 Con esta información determinar la masa molar de la sustancia problema. 2.- Determinar la masa molar de un líquido volátil a partir de los siguientes datos obtenidos por el método de las presiones parciales; Presión atmosférica = 586 torr temperatura de trabajo = 71 C Peso de la ampolleta = 0.443g peso ampolleta + líq. Prob. = 0.661g Peso matraz vacío = 240.5g peso matraz + agua = 745.5g Presión manométrica inicial = 3mmHg. Presión manométrica final = 80mmHg. Densidad del agua = 1gL Se extrae gas natural a una temperatura de 35 C y 4.3 atm de presión. Sabiendo que la composición del gas natural en peso es: CH % C 2 H 6 3.0% N 2 2.9% Calcular la masa molar de la mezcla en g mol

13 4.- Un frasco de 20L contiene 15g de neón y 45g de H 2 ; si la temperatura es de 0 C, calcular la masa molar de la mezcla en g mol Hallar la masa molar del gas X a 0 C a parti r de la siguiente información: Presión (atm) 1/4 ½ ¾ 1 Densidad (g/l)

14 Material didáctico. Q.GSS. e IQ REDD CAPACIDAD TÉRMICA. Revisar y dar breve definición y/o explicación: 1.- Definir capacidad térmica, indicar sus unidades y dar algunos sinónimos 2.- Definir capacidad térmica específica, indicar sus unidades y dar sinónimos 3.- Distinguir entre calor sensible y calor latente Resolver los siguientes problemas: 1.-Decir que información se obtiene del valor de la pendiente de la recta obtenida en el grafico: a) Q cedido por el metal vs. T metal b) Capacidad térmica del metal vs. masa del metal 2.- Se desea elegir una sustancia que actúe como refrigerante y se cuenta con tres líquidos de los cuales se conocen sus capacidades térmicas especificas: Líquido C(cal/gºC) Cuál de los tres líquidos resultaría ser un refrigerante adecuado? Por qué? 3.- Calcule la constante del calorímetro a partir de los siguientes datos: Agua fría Agua caliente T inicial = 21ºC T inicial = 80ºC T equilibrio = 35ºC T equilibrio = 35ºC Volumen = 200 ml Volumen = 100 ml Agua: Densidad = g ml -1 Capacidad térmica específica = 1 cal g -1 ºC Para elevar 10ºC la temperatura de una pieza de 2g de aluminio se requieren 4.34 cal, y para elevar 5ºC la temperatura de una pieza de 3g de plata se requieren 0.84 cal, con base en esta información resolver los siguientes incisos: a) calcular la capacidad térmica específica del aluminio y de la plata. b) Calcular la capacidad térmica de las dos piezas metálicas c) Si en un momento dado se tiene la misma masa de ambos metales y a ambas piezas se les suministra la misma energía térmica, cuál de ellas elevará más su temperatura? d) Si consideramos la misma masa para cada metal y se desea que ambos tengan en mismo aumento de temperatura, a cuál de ellos se le debe suministrar mayor cantidad de energía en forma de calor? 14

15 e) Si ambas piezas metálicas reciben la misma energía calorífica y logran el mismo aumento de temperatura, cómo será la masa del aluminio con respecto a la masa de la plata? 5.- En el trabajo experimental para determinar la capacidad térmica de un metal se obtuvieron los siguientes datos: Masa (g) Capacidad térmica (cal/k) Con esta información determinar la capacidad térmica específica del metal. 15

16 Material didáctico. Q.GSS. e IQ REDD EQUIVALENCIA CALOR-TRABAJO. Revisar y dar una breve definición y/o explicación: 1.- Hacer una reseña breve de los trabajos de Mayer, Joule y el Conde de Rumford. 2.- Cuál es la Primera Ley de la Termodinámica? Cuál es su expresión matemática? 3.- Qué es el equivalente mecánico del calor? 4.- Cuál es la expresión matemática para calcular la potencia de la resistencia eléctrica? Cuáles son las unidades de la potencia? 5.- Qué tipo de calorímetro se usa en esta práctica? Resolver los siguientes problemas: 1.-Con base en los siguientes datos experimentales obtenidos por alumnos de termodinámica, determinar: la constante del calorímetro, la cantidad de calor absorbido, el trabajo eléctrico, el valor de la equivalencia calor-trabajo y determinar el porcentaje de error del equivalente. a) Datos para la determinación de la constante del Dewar: m agua fría = 200g t agua fría = 19 C m agua caliente = 100g t agua caliente = 78 C t de mezcla = 35 C b) Datos para la determinación del equivalente Q W eléctrico : Voltaje = 125 v Resistencia = 20Ω tiempo = 22s masa agua = 300g t i = 19 C t f = 30 C 2.- Durante el trabajo experimental para determinar el equivalente del calor los alumnos del laboratorio de termodinámica para calentar 252.8g de agua desde 23 C hasta 70 C con una resistencia cuya potencia e s de 774 watt, requirieron 90 segundos. Si la constante del calorímetro usado es de cal/k y consideramos que la capacidad térmica específica del agua 1.0 cal/gk determinar: a) la energía liberada por la resistencia b) la energía térmica absorbida por el calorímetro y el agua c) el valor del equivalente del calor. 3.- En un recipiente de aluminio (c Al = cal g -1 C -1 ) cuya masa es de 250g se colocan 500g de agua a 18 C (c agua = 1.0 cal g -1 C -1 ) y con una resistencia que opera a 400w se calienta el agua hasta una temperatura de 30 C. Cuál es el tiempo requerido para lograr esta variación de temperatura? 16

17 Material didáctico. Q.GSS. e IQ.REDD. ENERGÍA DE TRANSICIÓN DE FASE A continuación se presentan términos a revisar en la práctica ENERGÍA DE TRANSICIÓN DE FASE. Revisar y dar una breve definición y/o explicación: 1.- Decir qué es una transición de fase y describir algunos ejemplos. 2.- Representar en un diagrama t(ºc) vs. Q(cal) la transformación que sufre un mol de una sustancia al suministrarle calor para modificar su temperatura desde su temperatura de 0ºC a 128ºC, si sabemos que se encuentra en: estado sólido (0ºC- 90ºC), estado líquido (90ºC-125ºC) y vapor (arriba de 125ºC). 3.- Explicar porque la evaporación es un proceso de enfriamiento. 4.- Decir cual es el valor de la temperatura de una mezcla de hielo y agua. 5.- Decir si las siguientes aseveraciones son falsas o verdaderas. Cuando ocurre una transición de fase: a)la sustancia cambia su masa. b)la temperatura permanece constante. Justificar respuestas. Resolver los siguientes problemas: 1.- Utilizando la técnica sugerida en el manual de prácticas de Termodinámica se obtienen los siguientes datos para determinar el valor del H fusión del hielo : K calorímetro Dewar = 51 cal ºC -1 masa hielo = 25.1g masa agua = 175.6g temperatura inicial Dewar + agua = 26.7 temperatura final o de equilibrio Dewar + mezcla = 16.6ºC Cuál es el valor de H fusión del hielo y cuál es el pñorcentaje de error experimental? 2.- En nuestro laboratorio se realizó un experimento para determinar el calor latente de fusión del agua sólida por lo que se colocaron 5g de hielo en un vaso de poliestireno que contenía 150g de agua y cuya temperatura inicial era de 20.5ºC. La temperatura de equilibrio de la mezcla agua-hielo se determinó gráficamente y resultó igual a 17.5ºC. Si la capacidad térmica del calorímetro es igual a 10.0 calºc -1. determinar el valor de la energía de fusión del hielo. Nota.- c agua = 1.0 cal g -1 gdo -1, c hielo = 0.5 cal g -1 gdo Si se suministran 7308 cal. a un trozo de hielo de 136g. se funde todo el hielo? 4.- Cuál es la cantidad de calor requerida para fundir 500g de hielo que se encuentra a 5ºC? 17

18 Material didáctico. Q. GSS. e IQ. REDD CALOR DE COMBUSTIÓN A continuación se presentan algunos términos que se revisan en la práctica del tema CALOR DE COMBUSTIÓN. Revisar y dar una breve definición y/o explicación: 1.- Definir calor de combustión 2.- Qué es un calorímetro? Cómo se clasifican los calorímetros? 3.- Qué tipo de calorímetro es la Bomba Parr? 4.- Qué es la constante del calorímetro? En la bomba calorimétrica, cómo se determina la constante del instrumento? 5.- La energía asociada a una reacción de combustión que ocurre en una Bomba Calorimétrica se evalúa mediante qué propiedad termodinámica? Resolver los siguientes problemas: 1.- Durante la elaboración de la práctica de calor de combustión se obtuvieron los siguientes datos: a)determinación de la constante de la Bomba con ác. Benzoico (C 7 H 6 O 2 ): H combustión del ác. benzoico = KJ mol -1 M ác. benzoico = 122g mol -1 U combustión del alambre de ignición = -1400cal g -1 m ác. benzoico = g m alambre antes de la ignición = 0.016g m alambre después de la ignición = 0.089g temperatura inicial = 21.84ºC temperatura final = 24.40ºC masa de agua en el calorímetro = 2000g capacidad térmica específica del agua = 1 cal g -1 ºC -1 Determinar el valor de la constante de la bomba. b) En un segundo experimento usando el mismo calorímetro se quemó una muestra de glucosa y se obtuvieron los siguientes datos: masa de glucosa = 1.08g m alambre antes de la ignición = 0.015g m alambre después de la ignición = 0.010g U combustión del alambre de ignición = -1400cal g -1 temperatura inicial = 21.22ºC temperatura final = 22.90ºC masa de agua en el calorímetro = 2000g capacidad térmica específica del agua = 1 cal g -1 ºC -1 Determinar el valor de Q P y Q V para la combustión de la glucosa. 18

19 2.-La entalpía de combustión del ácido benzoico se emplea comúnmente como patrón para calibrar las bombas calorimétricas a volumen constante; su valor se ha determinado con exactitud, y a presión constante es igual a KJmol -1 a la temperatura de K. a) Cuando se oxidaron g de ácido benzoico, la temperatura en el calorímetro varió de C a C. Cuál es e l valor de la capacidad térmica del calorímetro? b) Posteriormente, en un segundo experimento y usando el mismo calorímetro se oxidó una muestra de α-d-glucosa y la temperatura aumentó de C a C. Calcular U y H para la combustión de la glucosa. 3.- El calor molar a volumen constante para la combustión del naftaleno (M = gmol -1 ) es Kcal mol -1. Si se queman 0.3g de naftaleno en una bomba calorimétrica, se produce un aumento de temperatura de 2.05 C cuál es el valor de la constante de la bomba? Si 1.52g de un compuesto orgánico se queman en el mismo calorímetro y provocan un aumento de temperatura de C, cuá l es el valor de U de combustión del compuesto orgánico en cal g -1? 19