Ley Cero de La Termodinamica

 

I.

INTRODUCCION

La ley cero de la termodinámica establece que si un cuerpo A se encuentra a la misma temperatura que un cuerpo B y este tiene la misma temperatura que un tercer cuerpo C, entonces, el cuerpo A tendrá la misma temperatura que el cuerpo C. Por lo cual estaremos seguros de que tanto el cuerpo  A, como el B y C, estarán los tres, en equilibrio equilibrio térmico. Es decir decir:: los cuerpos A, B y C, tendrán igual temperatura.

Por experiencia sé que el tacto es un índice de lo caliente o frio que pueda estar un cuerpo; pero no es suficiente: así nunca sabremos valores numéricos exactos (que sí nos proporciona el termómetro), por ejemplo: cómo medir la temperatura de una maquina térmica, un refrigerador, un horno, para derretir acero y otros materiales, la temperatura exacta que alcanza una nave espacial, al entrar o salir de la atmosfera, entre tantas otras cosas.

Objetivos:

 Observar el cumplimiento de la ley cero de la termodinámica.



 Determinar experimentalmente la temperatura del cero absoluto.



 

II.

2.1.

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS BIBLIOGRAFICAS

Sistemas termodinámicos:

Hay tres tipos de sistemas en la termodinámica: abierto, cerrado y aislado.  



Un sistema abierto, puede intercambiar energía y materia con su entorno.

El ejemplo de la estufa sería un sistema abierto, porque se puede perder calor y vapor de agua en el aire.  



Un sistema cerrado, por el contrario, solo puede intercambiar energía con

sus alrededores, no materia. Si ponemos una tapa muy bien ajustada sobre la olla del ejemplo anterior, se aproximaría a un sistema cerrado.  



Un sistema aislado es que no puede intercambiar ni materia ni energía con

su entorno. Es difícil encontrarse con sistema aislado perfecto, pero una taza térmica con tapa es conceptualmente similar simil ar a un sistema aislado verdadero. Los elementos en el interior pueden intercambiar energía entre sí, lo que explica por qué las bebidas se enfrían y el hielo se derrite un poco, pero intercambian muy poca energía (calor) con el ambiente exterior. 2.3.

Transferencia de calor: 

Entendemos a la transferencia de calor cuando dos sistemas que están en contacto mecánico directo o separados mediante una superficie que permite la transferencia de calor lo que se conoce como superficie diatérmica, se dice que están en contacto térmico.

 

Consideremos entonces dos sistemas en contacto térmico, dispuestos de tal forma que no puedan mezclarse o reaccionar químicamente. Consideremos además que estos estos sistemas  sistemas están colocados en el interior de un recinto donde no es posible que intercambien calor con el exterior ni existan acciones desde el exterior capaces de ejercer trabajo trabaj o sobre ellos. La experiencia indica que al cabo de un tiempo estos sistemas alcanzan un estado de equilibrio termodinámico que se denominará estado de equilibrio térmico recíproco o simplemente de equilibrio térmico. A partir de ese momento cesaran los cambios que pueden detectarse macroscópicamente y no obstante que la actividad continúa, de algún modo el estado macroscópico ha llegado al equilibrio y se caracteriza porque ambos sistemas tienen la misma temperatura.  temperatura.  2.3.

Ley cero de la termodinámica.

La Ley cero de la termodinámica dice que si se tienen dos cuerpos llamados A y B, con diferente temperatura uno de otro, y los ponemos en contacto, en un tiempo determinado t, estos alcanzarán la misma temperatura, es decir, tendrán ambos la misma temperatura. Si luego un tercer cuerpo, que llamaremos C se pone en contacto con A y B, también alcanzará la misma temperatura y, por lo tanto, A, B y C tendrán la misma temperatura mientras estén en contacto. De este principio podemos inducir el de temperatura, la cual es una condición que cada cuerpo tiene y que el hombre ha aprendido a medir mediante sistemas arbitrarios y escalas de referencia (escalas termométricas).

 

2.4.

Foco térmico.

Un foco térmico es un sistema sistem a que puede entregar y/o recibir calor, pero sin cambiar su temperatura. 2.4.

Contacto térmico.

Se dice que dos sistemas están en contacto térmico cuando puede haber transferencia de calor de un sistema a otro. 2.5

Escalas de temperatura.

Para poder medir temperaturas es necesario contar con una escala de temperaturas. El astrónomo sueco Anders Celsius desarrolló la denominada escala Celsius de temperatura. Toma como puntos de referencia la fusión del agua, a la que asigna 0º Celsius, y su punto de ebullición a presión atmosférica, al que asigna 100º Celsius. Entre estos puntos hay cien divisiones, cada una representa un grado Celsius.

Una escala de temperaturas muy utilizada en Estados Unidos, es la Fahrenheit. En esta escala los puntos de congelación y ebullición del agua se toman como 32ºF y 212ºF.

En el mundo científico, las temperaturas se expresan en la escala kelvin. Esta escala toma como cero la temperatura más baja que puede existir, por ello se llama escala absoluta de temperatura.

 

Las relaciones entre las diferentes escalas de temperatura vienen dadas por las siguientes ecuaciones matemáticas:

 

III.

MATERIALES Y METODOS

3.1. Materiales: -

 



Esfera

de

cero

absoluto,

modelo TD-8595

  Hielo



  Xplorer GLX

  Recipiente.



  Sensor



de

  Agua





temperatura

y

presión. 3.2. Procedimiento:

a) En el recipiente colocar agua y hielo.   b) Conectar la esfera de cero absoluto al GLX Xplorer.   c) Insertar la esfera al recipiente por 30 segundos. d) Activar la toma de datos durante y almacenarla en una memoria USB.

 

III. CALCULOS Y RESULTADOS Cuadro n° 1 Presión y temperatura del agua (Pa, °K)  

n

Presion kPa

Temperatura °c

1

6.45

2

85.73

36 37

6.12 6.11

85.62 85.63

6.44

85.67

38

6.1

85.62

3

6.42

85.65

39

6.09

85.58

4

6.41

85.72

40

6.09

85.6

5

6.4

85.68

41

6.09

85.62

6

6.39

85.67

42

6.08

85.63

7

6.37

85.69

43

6.08

85.59

8

6.35

85.68

44

6.08

85.59

9

6.34

85.64

45

6.07

85.6

10

6.33

85.68

46

6.06

85.58

11

6.32

85.68

47

6.05

85.58

12

6.31

85.65

48

6.05

85.63

13

6.3

85.66

49

6.05

85.59

14

6.29

85.67

50

6.04

85.57

15

6.28

85.64

51

6.04

85.61

16

6.26

85.63

52

6.04

85.58

17

6.25

85.65

53

6.03

85.63

18

6.24

85.68

54

6.03

85.63

19

6.24

85.67

55

6.02

85.58

20

6.23

85.67

56

6.02

85.61

21

6.22

85.65

57

6.02

85.58

22

6.21

85.64

58

6.02

85.56

23 24

6.2 6.19

85.64 85.66

59 60

6.01 6.01

85.58 85.58

25

6.18

85.65

61

6.01

85.62

26

6.18

85.65

62

6.01

85.6

27

6.17

85.61

63

6

85.61

28

6.16

85.65

64

6

85.59

29

6.15

85.6

65

6

85.59

30

6.15

85.63

66

6

85.61

31

6.14

85.63

67

5.99

85.6

32

6.13

85.64

68

5.99

85.58

33

6.13

85.61

69

5.99

85.56

34

6.13

85.64

70

5.99

85.54

35

6.11

85.62

71

5.98

85.59

 

72

5.97

85.58

113

5.87

85.51

73

5.98

85.58

114

5.86

85.55

74

5.97

85.54

115

5.86

85.53

75

5.97

85.57

116

5.85

85.55

76

5.98

85.56

117

5.86

85.54

77

5.97

85.57

118

5.84

85.5

78

5.97

85.55

119

5.85

85.52

79

5.96

85.57

120

5.85

85.52

80

5.96

85.58

121

5.85

85.52

81

5.96

85.53

122

5.83

85.52

82

5.95

85.56

123

5.83

85.51

83

5.95

85.55

124

5.83

85.52

84

5.95

85.55

125

5.83

85.53

85

5.95

85.57

126

5.83

85.52

86

5.95

85.53

127

5.82

85.53

87

5.94

85.58

128

5.82

85.51

88 89

5.94 5.93

85.55 85.55

129 130

5.82 5.81

85.53 85.48

90

5.93

85.55

131

5.81

85.48

91

5.93

85.56

132

5.8

85.51

92

5.93

85.58

133

5.81

85.51

93

5.93

85.53

134

5.8

85.54

94

5.92

85.52

135

5.79

85.49

95

5.92

85.57

136

5.8

85.51

96

5.92

85.54

137

5.79

85.5

97

5.92

85.56

138

5.78

85.52

98

5.92

85.55

139

5.79

85.52

99

5.91

85.54

140

5.78

85.49

100

5.9

85.53

141

5.78

85.48

101

5.9

85.52

142

5.78

85.51

102

5.9

85.55

143

5.77

85.52

103

5.9

85.55

144

5.77

85.53

104

5.89

85.55

145

5.77

85.51

105

5.89

85.56

146

5.77

85.51

106

5.89

85.54

147

5.77

85.51

107

5.89

85.55

148

5.75

85.54

108

5.88

85.55

149

5.76

85.48

109

5.88

85.53

150

5.75

85.5

110

5.88

85.54

151

5.75

85.49

111

5.88

85.52

152

5.75

85.49

112

5.87

85.57

153

5.75

85.49

 

154

5.75

85.5

195

5.65

85.48

155

5.74

85.5

196

5.65

85.46

156

5.74

85.49

197

5.65

85.48

157

5.73

85.47

198

5.65

85.47

158

5.74

85.49

199

5.65

85.48

159

5.73

85.47

200

5.65

85.49

160

5.73

85.49

201

5.65

85.46

161

5.72

85.48

202

5.64

85.47

162

5.72

85.51

203

5.65

85.44

163

5.72

85.53

204

5.64

85.48

164

5.72

85.46

205

5.64

85.48

165

5.71

85.49

206

5.64

85.48

166

5.72

85.48

207

5.64

85.47

167

5.72

85.48

208

5.64

85.45

168

5.71

85.5

209

5.64

85.46

169

5.71

85.5

210

5.63

85.48

170 171

5.71 5.7

85.47 85.48

211 212

5.63 5.63

85.46 85.46

172

5.71

85.5

213

5.62

85.46

173

5.7

85.49

214

5.63

85.46

174

5.7

85.49

215

5.62

85.46

175

5.7

85.48

216

5.62

85.45

176

5.69

85.5

217

5.62

85.46

177

5.69

85.45

218

5.62

85.46

178

5.69

85.46

219

5.61

85.41

179

5.69

85.46

220

5.61

85.47

180

5.69

85.47

221

5.61

85.49

181

5.68

85.5

222

5.61

85.46

182

5.68

85.45

223

5.61

85.44

183

5.68

85.49

224

5.61

85.46

184

5.68

85.51

225

5.61

85.46

185

5.68

85.47

226

5.61

85.46

186

5.67

85.47

227

5.61

85.44

187

5.67

85.48

228

5.6

85.49

188

5.67

85.48

229

5.61

85.46

189

5.68

85.49

230

5.6

85.44

190

5.67

85.5

231

5.6

85.44

191

5.66

85.47

232

5.6

85.44

192

5.66

85.5

233

5.59

85.45

193

5.66

85.43

234

5.59

85.41

194

5.66

85.48

235

5.59

85.44

 

236

5.59

85.45

277

5.53

85.41

237

5.58

85.44

278

5.53

85.4

238

5.59

85.44

279

5.52

85.44

239

5.58

85.43

280

5.52

85.44

240 241

5.58 5.58

85.42 85.48

281 282

5.52 5.52

85.44 85.45

242

5.58

85.46

283

5.52

85.44

243

5.58

85.47

284

5.52

85.43

244

5.58

85.45

285

5.52

85.4

245

5.58

85.44

286

5.51

85.44

246

5.58

85.46

287

5.52

85.43

247

5.57

85.46

288

5.51

85.42

248

5.57

85.42

289

5.51

85.41

249

5.56

85.47

290

5.51

85.4

250

5.56

85.46

291

5.51

85.4

251

5.56

85.48

292

5.51

85.37

252 253

5.56 5.56

85.41 85.44

293 294

5.5 5.5

85.41 85.41

254

5.56

85.44

295

5.51

85.4

255

5.56

85.45

296

5.51

85.42

256

5.56

85.41

297

5.5

85.42

257

5.55

85.45

298

5.49

85.44

258

5.56

85.43

299

5.49

85.41

259

5.55

85.44

300

5.49

85.38

260

5.55

85.42

301

5.49

85.41

261

5.55

85.46

302

5.49

85.42

262

5.55

85.44

303

5.49

85.41

263

5.55

85.42

304

5.49

85.42

264

5.55

85.42

305

5.49

85.41

265

5.54

85.41

306

5.49

85.38

266

5.54

85.44

307

5.48

85.39

267

5.54

85.41

308

5.48

85.42

268

5.55

85.46

309

5.48

85.44

269

5.54

85.41

310

5.48

85.4

270

5.54

85.44

311

5.48

85.36

271

5.53

85.4

312

5.48

85.42

272

5.53

85.45

313

5.47

85.4

273

5.53

85.45

314

5.47

85.45

274

5.54

85.45

315

5.48

85.41

275

5.53

85.41

316

5.47

85.41

276

5.54

85.43

317

5.47

85.4

 

318

5.48

85.4

330

5.45

85.4

319

5.47

85.38

331

5.46

85.4

320

5.47

85.38

332

5.45

85.38

321

5.47

85.39

333

5.45

85.42

322 323

5.46 5.46

85.44 85.39

334 335

5.45 5.45

85.4 85.39

324

5.46

85.41

336

5.45

85.44

325

5.46

85.39

337

5.44

85.38

326

5.46

85.39

338

5.44

85.41

327

5.46

85.42

339

5.44

85.41

328

5.46

85.37

340

5.44

85.41

329

5.46

85.39

GRAFICO N°1 TEMPERATURA VS PRESION

85.75

y = 0.3158x + 83.681

85.7 85.65    C    ° 85.6    A    R    U85.55    T    A    R    E 85.5    P    M    E 85.45    T

85.4 85.35 85.3 5.2

5.4

5 .6

5.8

6

6.2

6 .4

6.6

PRESION kPa

 Aplicando  Aplicand o el el método de los mínimos cuadrados cuadrados obtendremos obtendremos la ecuación de la recta del gráfico, para así obtener el valor del cero absoluto.

 

  n

∑x 

340

∑y 

1960.51

∑x2

∑xy 

∑y2

29070.88 11325.4963 167635.246 2485637.68

=

=

2232.8272 7069.2819

 = 0.3158 

591566.9581   = 83.6813  7069.2819

Obtenemos la ecuación general de la recta.  = 0.3158 + 83.6813 

Para hallar el cero absoluto igualamos la variable “y” a cero.  0 = 0.3158 + 83.6813   x = −264.94077  

Hallamos luego el porcentaje de error de la medición hecha.

 

  % =

−273 − (−264.94)    100  −273

% = 2.952% 

 

IV. CONCLUSIONES

  Apreciamos el cumplimiento de la ley cero de la termodinámica termodinámic a al observar



que el agua a muy baja temperatura al ponerse en contacto con otro cuerpo, busca el equilibrio térmico.

  Se determino con la práctica que el cero absoluto absoluto es de -264.94, existiendo



un error con respecto al valor teórico de 2,952%

V.

-

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

Arons, Arnold B. A Guide To Introductory Physics Teaching. N. Y. John Wiley & Sons, Inc. 1990.

-

García-Colín

Scherer,

Leopoldo.

Física

Universitaria

A.

Notas

de

termodinámica. México. Universidad Iberoamericana. 1997. -

McDermott, Lillian et all. Physics by Inquiry. N.Y., John Wiley & Sons, 1996.