DETERMINACIÓN DEL CERO ABSOLUTO Ali Leal Camila Resumen En el laboratorio llamado determinación del cero absoluto de la asignatura de termodinámica, se realizó un montaje sencillo que ayudo a realizar la práctica, este consistió en poner agua con hielo en un vaso precipitado, poner una probeta llena de agua invertida sin dejar escapar nada del líquido y se usó el mechero para suministrar un aumento de energía cinética promedio, luego se anotaron las variaciones de volumen de agua producidas por el aumento de temperatura. Dando como resultado que la temperatura se mantuvo constante hasta los ! "#. #on la realización de esta práctica se comprobó lo que dice la teoría$ realmente la temperatura del cero absoluto que corresponde a %&'.()* #. es inalcanzable y seg+n la termodinámica jamás se llegara a dicha temperatura.
Abstract n the laboratory called absolute zero determination o- the subject o- thermodynamics, a simple assembly as made that helped to carry out the practice, this consisted in putting ater ith ice in a precipitated vessel, /ut a test tube -illed ith inverted ater ithout letting anything out o- the liquid and the lighter as used to provide an increase in average 0inetic energy, then recorded the variations o- volume o- ater produced by the increase in temperature. 1s a result the temperature as 0ept constant to ! " #. 2ith the realization o- this practice as veri-ied hat the theory says$ 1ctually the temperature o- the absolute zero corresponding to 3&'.() " #. is unattainable and thermodynamics ill never reach that temperature.
Palabras claves 4emperatura, 4emperatura, Energía, #ero 1bsoluto, 1bsoluto, volumen, 4ermodinámica, 4ermodinámica, grado #elsius.
Ke!"r#s 4emperature, 4emperature, Energy, 1bsolute 1bsolute zero, volume, thermodynamics, degree #elsius.
Intr"#ucci$n El prese presente nte ensayo ensayo de labora laborator torio io tiene tiene como como propó propósit sito o ident identifc ifcar ar el compor comportam tamient iento o y los los cambi cambios os de las variables asociadas a los procesos termodinámicos, los cuales son: temperatura temperatura,, volumen, volumen, masa, densi nsidad y presión, siendo su estud estudio io a un nive nivell micr micros oscó cópi pico co,, donde nde se analizarán rán las leyes planteadas de Boyle y Gay-Lussac a un gas real (aire para determinar si su comportamiento se aseme!a a un
gas ideal" # partir de lo anteri anterior orment mente e e$pli e$plica cado do se tiene tiene %ue los ob!eti ob!etivos vos prop propuest uestos os para para esta esta prác prácti tica ca son: son: dete determ rmin inar ar el valor del cero absoluto de la temperatura y comprobar mediante la e$per e$perime imenta ntació ción n de un sistem sistema a de gas comprimido"
Met"#"l"%&a
5o primero que se realizó en el laboratorio -ue realizar el montaje que se encuentra en la imagen (.
4abla (. Datos obtenidos en el 5ab.
+( )& &
+olumen (ml
'& &
magen (
Resulta#"s an'lisis 5os datos obtenidos procedimiento :aumento -ueron<
! ! ! ! ! ! !
'&
&
)&
*&
emp emper eratu atura ra (.
6e adicionó el vaso de precipitado con 7!! ml de agua y se calentó hasta una temperatura de 8! " #. luego se agregó agua en la probeta hasta el reboce y se colocó invertida sobre el contenido de agua del vaso de precipitado, evitando la salida del líquido. Después lo que se hizo -ue determinar el volumen de agua y aire que se desplaza después de un minuto de -ijar el montaje. 6e repitieron los pasos hasta alcanzar la temperatura más baja posible con el uso de hielo, luego se invirtió el proceso, es deci decirr se llen llenó ó nuev nuevam amen ente te la prob probet etaa y aumenta la temperatura hasta los 9!"#, por +ltimo, se realizaron los cálculos correspondientes.
?olumen aire
&
4emperatura :"#; (! &! '! 8! 7! )! !
en de
el primer temperatura;
=ra-ica (. >elación 4emperatura y ?olumen del agua ( procedimiento. En este este proced procedimi imient ento o se puede puede observ observar ar como el volumen tanto del agua como el del aire aire se mant mantuv uvo o cons consta tant ntee mien mientr tras as la temperatu temperatura ra aumentaba aumentaba.. Esto signi-ica signi-ica que hubo un proceso isocorico que signi-ica que el sist sistem emaa no e-ec e-ect+ t+aa trab trabaj ajo o sobr sobree su entorno. •
Después
se
realizó
proceso
cont contra rari rio o es dec decir se emp empezó ezó a disminuir la temperatura cons consid ider erab ablem lemen ente te de los los (!! (!! "# hast hastaa los los '! "#, "#, obte obteni nien endo do los los siguientes resultados< ?olumen 4emperatura aire :"#;
?olumen agua :ml; 7! 7! 7! 7! 7! 7! 7!
el
8
(!!
?olumen agua :ml; 8)
&'
9!
&
&7 &)
@! !
&7 &8
&9 '( '& ''
)! 7! 8! '!
&( (9 (@ (
4abla &. Datos obtenidos en el 5ab.
6e observa cómo a medida que disminuye la temperatura el volumen del aire aumenta, lo que quiere decir que la relación de estas dos variables es inversamente proporcional.
Volumen Agua (Temperatura) /&
Volumen (Temperatura)
&
+olumen #gua (ml
1&
/&
'&
& 1&
0& &
+olumen +ol umen (ml ( ml '& &
0&
/& 0 && 0/ 0/&
& '& & )& *& 0&& 0'&
,empe emperatu ratura ra (-.
empe emperat ratur ura a (. (. =ra-ica &. >elación 4emperatura y ?olumen del agua. En este segundo procedimiento procedimiento se observa observa cómo a medida que disminuye la temperatura el volumen del agua disminuye lo que quiere decir que la relación de estas dos variables es directamente proporcional.
#ire
#gua
=ra=ra-ic icaa '. >ela >elaci ción ón de las las ' vari variab able less :volumen del agua y aire, temperatura;.
Volumen Agua (ml) /&
Volumen Aire (Temperatura)
&
1/
1&
1&
+olumen (ml
'/ '&
'& 0&
+olumen #ire (ml 0/
& ' & & ) & * & 0&& 0' 0' &
0& / &
2($ 3 &"1'$ 4 1"*0
empe emperat ratur ura a (. (. &
/& 0&& 0/&
,emperatu emperatura ra (-.
+olumen agua (ml Linear (+olumen agua (ml
=ra-ica '. >elación 4emperatura y ?olumen del aire.
=ra-ica 8. >egresión lineal. Ec< ?ol :ml; A !.'&!&B4emp :"#; C '.@!97
#abe resaltar que la temperatura del cero de absoluto no eiste y que por esta razón en la práctica de laboratorio no se pudo llegar a él, ya que es la temperatura mínima posible y se caracteriza por la total ausencia de calor. Es la temperatura a la cual cesa el movimiento de las partículas. Esta temp emperatura es inalcanzable ya que así lo postula la tercera ley de la termodinámica. /or consiguiente, en la prác prácti tica ca es el calo calorr que que entr entraa desd desdee el mundo eterior lo que impide que en los eperiment eperimentos os se alcancen alcancen temperatu temperaturas ras más bajas.
sist sistem emas as y los los alre alrede dedo dore ress y valo valora rarr la pérdida de calidad energética en ellos para permitir al ingeniero hacer propuestas de los mejores caminos por los que se puede dar un proceso disminuyendo el deterioro acelerado del medio ambiente.
C"nclusi"nes •
6e comprobó que la relación entre la temperatura y el volumen es directamente proporcional, es decir si la temperatu temperatura ra aumenta aumenta el volumen volumen aumentara, en el caso de la practica paso el proceso contrario, es decir, si la temperatura disminuía el volumen también.
•
5a tercera ley de la termodinámica es una una gene genera rali liza zaci ción ón de resu result ltad ados os epe eperi rime ment ntal ales es,, que que dice dice<< Io se puede llegar al cero absoluto mediante una serie -inita de procesos. 5a tercera ley posee varios enun enunci ciad ados os equi equiva vale lent ntes es.. Jno Jno de ellos se basa en la entropía y dice< El cam cambio bio de entrop tropíía aso asociad ciado o a cualquier proceso isotérmi rmico reversible de un sistema condensado se apro roima a cero cuando la tem tempera peratu tura ra tien tiende de a cero cero.. 6i la entr entro opía pía del sist sistem emaa en el cero cero absolu absoluto to se denomi denomina na entrop entropía ía de punto cero, hay una tercera -orma de epresar epresar el principio principio<< Kediante Kediante una serie -inita de procesos, la entropía de un sistema no puede reducirse a su entropía en el punto cero.
4ercera 4ercera ley de la termodinámica F1 la temp temper erat atur uraa del del cero cero abso absolu luto to la entrop entropía ía de cualqu cualquier ier sustan sustancia cia crista cristalin linaa per-ecta es ceroG. Esta 5ey permite calcular la entropía absoluta de cualquier sustancia a una temperatura y presión de re-erencia. 1sí, la entropía absoluta estándar< 6* 4 será la entropía de un sistema a ( atm de presión y a la temper temperatu atura ra 4, calcul calculada ada a parti partirr de la tercera 5ey de la termodinámica. /ara el agua a &7*# y ( atm de presión< 6* &9@
5os términos que se consideran en el cálculo de la entropía absoluta para el agua a &7*# y ( atm son< El primer primer término término considera considera la capaci capacidad dad calóri calórica ca a presió presión n consta constant ntee del agua sólida, el segundo término corresponde al cambio de estado donde DH - es es el calor de -usión y 4 - la la temperatura de -usión del agua a ( atm atm de pres presiión. ón. El terce ercerr térm érmino ino corresponde a la capacidad calórica del agua líquida a presión constante. En esta ecuación se está despreciando el e-ecto de la presión sobre sobre la entrop entropía ía para para el sistem sistemaa sólido sólido y líquido. 5as 5as leyes leyes de la term termod odin inám ámic icaa perm permit iten en modelar los intercambios de energía entre los
Bibli"%ra(&a http
=uía de absolutoG.
laboratorio
n+mero
(
Fcero
