Informe 6 (Trabajo Expansion y Compresion) Lab Qmc 206

PRACTICA Nº 6 TRABAJOS DE EXPANSIÓN Y COMPRESIÓN 1. Introducción.El balance de energía se refiere a las diversas clases de energía sin haberse mencionado que tan útil es cada una de estas formas de energía para el hombre. La experiencia que existe con las maquinas y los procesos indica que todos los tipos de transformación de energía no tienen la misma posibilidad. Por ejemplo, es bien sabido que el calor no puede transferirse de una temperatura baja a otra alta, sino solamente en la dirección opuesta, así como tampoco puede transformarse la energía interna completamente en trabajo. Para tomar en cuenta estas limitaciones de la utilización de energía, se desarrollo la segunda ley de la termodinámica como principio general. Tal como se aplica a los problemas de dinámica de fluidos, una de las consecuencias de la segunda ley de la termodinámica es que pueden tenerse 2 categorías de energía de diferente calidad. a) las formas de energía denominadas ‘mecánicas’, tal como la energía cinética, energía potencial y el trabajo, las cuales pueden transformarse completamente por medio de una maquina ideal (sin fricción; reversible) de una forma a otra dentro de dicha clase. b) otras formas de energía, tal como la energía interna y el calor que no pueden transformarse arbitrariamente. TRABAJO REVERSIBLE. En termodinámica, un trabajo reversible se refiere a cualquier modificación en el sistema que puede ser restaurado por un cambio opuesto infinitesimal. En esta situación se dice que el sistema está en equilibrio con su medio ambiente. TRABAJO IRREVERSIBLE El trabajo irreversible es aquel en el que el sistema retorna a sus condiciones iniciales, pero el medio ambiente ya no.

MANOMETRO EN ‘U’. Instrumento que sirve para medir presiones moderadas o pequeñas. TRABAJO DE EXPANSIÓN. Es la fuerza por la que un fluido; en este caso el aire, pasa por los límites del sistema y ganó volumen, venciendo a la fuerza de rozamiento, la presión del ambiente y otras magnitudes físicas. TRABAJO DE COMPRESION. Es la energía desprendida por una fuerza exterior que modifica los bordes del sistema de estudio, este hace que el volumen del sistema disminuya y su presión interna aumente. 2. Objetivos de la práctica 2.1 Objetivos generales  Aplicar correctamente las ecuaciones de trabajo reversible e irreversible, en los 

procesos de expansión y compresión del mercurio. Determinar los trabajos de compresión y expansión en las distintas etapas



realizadas. Observar los cambios de volumen y presión manométrica que suceden durante la

práctica utilizando el manómetro en U. 2.2 Objetivos específicos.  Determinar gráficamente los trabajos de expansión y compresión para luego 

verificar si son iguales o no. Familiarizarse con las formulas que se van a emplear para la realización de esta



práctica. Verificar y observar experimentalmente las afirmaciones teóricas que se llegan a



conocer sobre los trabajos de expansión y compresión. Calcular el porcentaje (%) de eficiencia del trabajo en una expansión y en una

 

compresión. Familiarizarse con más frecuencia con los instrumentos de laboratorio. Aplicar, relacionar y comprobar los conceptos generales de fisicoquímica, como es la Primera Ley de la Termodinámica.

3. Fundamento Teórico

%Eexp =

W irrev × 100 W rev

%Ecomp =

W rev × 100 W irrev

T → cte.=20℃=293ºK P op → cte.= P Sucre= 540 mm de Hg W reversible de expansión = -W reversible de compresión. Proceso analítico. δW=P op δV → trabajo irreversible. Para el trabajo reversible: Poposicion=Psistema δW rev.=Psist.Δv Para el cálculo del trabajo reversible de compresión y expansión. Al tener como medio ambiente al aire, utilizamos la ecuación del gas ideal: PV=nRT n=

PV RT

Vf

∫ δW =∫ Vi

nRT δV V

W rev =nRTln

Vf Vi

4. Descripción de la práctica 4.1 Material y Equipo  Jeringa (la cual trabaja como un cilindro y su pistón).  Manómetro en U.  Termómetro.



Flexo metro.

4.2 Reactivos:  

Mercurio. Aire.

5. Procedimiento Experimental  Instalamos y preparamos el equipo necesario.  Posteriormente medimos en la jeringa el volumen determinado el cual será el volumen inicial del experimento, luego medimos la altura que le corresponde a dicho volumen. Compresión:  Con respecto al volumen inicial vamos reduciendo el volumen en intervalos relativamente pequeños donde vamos midiendo la altura a cada intervalo respectivamente.  Estos pasos se repiten durante 3 veces para obtener 3 resultados. Expansión:  Se toma el último volumen medido en la compresión como el volumen inicial para la expansión, luego vamos aumentando el volumen en intervalos relativamente 

pequeños, donde vamos apuntando las alturas respectivas para cada volumen. Repetimos este paso durante 3 veces para obtener los 3 datos que se requieren para



calcular el trabajo de expansión. Tabular resultados.

6. Cálculos P Sucre= 540 mm Hg. T ambiente=20°C=293ºK 6.1 Tabulación de datos experimentales Tabla 6.1.1 Trabajo de Compresión Etapa 1

Etapa 2

Etapa 3

C.I. C.F. C.I C.F. C.I. C.F. V(ml)

20

14

14 10

10

6

h(cm)

0

6,4

6,4 22,3 22,3 29

Tabla 6.1.2 Trabajo de expansión. Etapa 1

Etapa 2

Etapa 3

C.I C.F. C.I. C.F. C.I C.F. .

.

V(ml)

6

10

10

14

14

20

h(cm)

29

22,3 22,

6,4

6,4 0

3

6.2 Tabulación de datos analíticos Tabla 6.2.1 Tabla para los trabajos irreversibles en la compresión Pop(mmHg) Wi (J)

604 -483.16 E-3

763 -406.90 E-3

830 - 442.63 E-3

Tabla 6.2.2 Tabla para los trabajos irreversibles en la expansión Pop(mmHg) Wi (J)

763 406.90 E-3

604 322.11 E-3

540 431.96 E-3

Tabla 6.2.3 Para trabajos reversibles T(ºK) 293

P(mm Hg) 540

N (mol) 5 . 906× 10−4

Wcompr (J) -1.7322

Wexp(J) 1.7322

Tabla 6.2.4 Tabla para el porcentaje de eficiencia W irrev

W irrev exp

W rev

W rev. exp

% ef.

% ef. exp.

compr (J) -1.3327

(J) 1.1610

compr. (J) -1.7322

(J). 1.7322

Compr. 76 . 9368

149.20

6.3 Calculo del trabajo irreversible de compresión. Wcompr irrev. =W etapa 1 + W etapa 2 + W etapa 3 W compr. irrev.

(−0.1573−0.075−0.1618−0.2568−0.1770−0.1824−01973 ) J =¿

(−483.16 E−3−406.90 E−3−442.63 E−3 ) J Wcompr irrev. ¿−1 . 2076 J = -1.3327 J Etapa 1 W = (h1 + P atm. de sucre) × (Vf-Vi). W etapa 1= (64+540) mm Hg× (14-20) ml = -3624mmHg*ml. 1000