LEY CERO DE LA TERMODINÁMICA

La Ley Cero de la Termodinámica establece que "si dos sistemas que están en equilibrio térmico con un tercer sistema también están en equilibrio entre sí".

También se le conoce como Principio Cero de la Termodinámica.

Si A está en equilibrio con B y A también está en equilibrio con C, podemos concluir que B está en equilibrio con C.

Dos cuerpos están en equilibrio térmico cuando, al ponerse en contacto, sus variables de estado no cambian. Si no que están en equilibrio térmico, experimentarán un intercambio de calor o energía y alcanzarán el equilibrio térmico.

Esta fue la última de las leyes de la termodinámica al ser presentada. Para obtener una estructura lógica, era necesario colocarla antes de las otras leyes.

Ecuación de la Ley 0 de la Termodinámica.

Si tres sistemas están en equilibrio térmico, se debe cumplir: Ta = Tb = Tc

Donde: Ta, Tb y Tc son las temperaturas de los tres sistemas.

Ejemplos de la Ley 0 de la Termodinámica:

1.- Hielos y agua.

Se colocan hielos dentro de un vaso con agua al tiempo. 

Sistemas: agua, hielo y vaso

Inicialmente los tres sistemas intercambiarán calor y energía hasta llegar a un equilibrio térmico. Pasando un tiempo considerable los tres sistemas alcanzarán la misma temperatura.

2.- Agua caliente y fría.

Sistemas: agua caliente, agua fría y recipientes.

Cuando ponemos en contacto el agua caliente con agua fría, el calor fluye del agua caliente al agua fría hasta que ambos alcanzan la misma temperatura y están en equilibrio térmico.  

Para mejor comprensión realiza la práctica de la Ley 0 de la Termodinámica.

3.- El termómetro. 

Sistemas: Cuerpo A vidrio, cuerpo B en forma de tubo capilar que contiene mercurio, cuerpo C (cuerpo humano o cualquier otro cuerpo sólido o líquido).

Si se acerca el termómetro al cuerpo lo suficiente como para que fluya el calor y se dejan así el tiempo suficiente (aproximadamente cuatro minutos), el cuerpo A alcanzará la misma temperatura que la del cuerpo humano y el B también. Por lo que el termómetro (cuerpo A y B) y el cuerpo humano estarán en equilibrio térmico entre sí. Por lo tanto, el termómetro y el cuerpo tendrán la misma temperatura. 

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DILATACIÓN VOLUMETRICA

 Dilatación volumétrica

Objetivo: observar la dilatación lineal de un cuerpo metálico.

Hipótesis. 

¿Qué le pasa a la forma y volumen de un sólido metálico al agregarle calor 🔥?

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¿Quién se dilatará más una barra de acero o una barra de bronce al colocarlos a fuego directo durante un minuto cada uno?

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Material y reactivos.

- 1 anillo de gravesande

- 1 lámpara de alcohol o

- 1 mechero Bunsen

- Cerillos o encendedor *

- 1 vernier de aluminio o acero, no de plástico 

- 1 termómetro 🌡 de 0°a100°C

*Material proporcionado por el estudiante.

Instrucciones.

1.- Atraviesa la esfera en el aro para comprobar que entra y sale.

2.- Mide con el vernier el diámetro de la esfera, anota el dato ( d1).

3.- Mide la temperatura 🌡 del medio ambiente, simplemente tomando la lectura del termómetro.

4.- Coloca a fuego directo la bola de metal durante exactamente 120 segundos. 

5.- Intenta atravesar la esfera en el aro.

6.- Con cuidado sin quemarte, mide el diámetro de la misma esfera,anota el dato (d2).

7.- Calcula el incremento de dilatación 

D = d2 - d1

Conclusión.

En base al objetivo de la práctica y del desarrollo de la misma,  escribe tu conclusión.

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COLISIONES

En Física, se enfocan en la conservación del momento lineal y la energía cinética, mientras que en Química se estudian en el contexto de la teoría de colisiones, donde las colisiones moleculares son necesarias para que ocurran las reacciones químicas.

Las colisiones se analizan como interacciones entre partículas que resultan en un 

cambio en su movimiento. En Física, se enfoca en la conservación del momento

lineal y la energía cinética, donde las colisiones moleculares son necesarias para 

que ocurran las reacciones químicas. 

En Física:

• Definición:

  Una colisión es una interacción breve entre dos o más cuerpos que provoca un cambio en su movimiento debido a las fuerzas internas que actúan entre ellos. 
• Conservación:

  En una colisión, la cantidad de movimiento o momento lineal se conserva, lo que significa que la cantidad total de movimiento del sistema antes de la colisión es igual a la cantidad total de movimiento después de la colisión. 
• Tipos de colisiones:

  • Elásticas: En estas colisiones, se conserva la energía cinética, es decir, la energía cinética total del sistema antes y después de la colisión es la misma. 
  • Inelásticas: En estas colisiones, la energía cinética no se conserva, ya que parte de la energía se convierte en otras formas de energía, como calor o sonido. 
• Aplicaciones:

  El estudio de colisiones es fundamental para entender el movimiento de objetos en la naturaleza, desde la trayectoria de proyectiles hasta el comportamiento de partículas subatómicas. 

En Química:

• Teoría de las colisiones:

  Esta teoría explica que para que ocurra una reacción química, las moléculas de los reactivos deben colisionar con suficiente energía y la orientación adecuada. 
• Energía de activación:

  Para que una colisión sea efectiva, las moléculas deben tener una energía mínima, conocida como energía de activación, para superar la barrera energética que impide la formación de productos. 
• Importancia:

  La teoría de las colisiones es fundamental para entender la cinética química, es decir, la velocidad a la que ocurren las reacciones químicas. 
• Aplicaciones:

  El estudio de colisiones moleculares es esencial para entender una gran variedad de procesos químicos, desde la combustión hasta la fotosíntesis. 

En resumen, las colisiones son un concepto fundamental tanto en la física como en la química, siendo estudiadas desde diferentes perspectivas para entender los fenómenos naturales y químicos que ocurren a nuestro alrededor. 

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Q ABS, Q CED Y LEY CERO

 Q ABSORBIDO, Q CEDIDO Y LEY CERO DE LA TERMODINÁMICA

Instrucciones.

I. Observa el siguiente vídeo, que muestra:

- un ejemplo de cálculo de calor cedido,

- un ejemplo de cálculo de temperatura inicial,

- una introducción algebraica de la Ley Cero de la Termodinámica.

II. Actividad a realizar en tu cuaderno.

1.- Realiza un ejercicio con los mismos datos del ejercicio 1, solo cambia la masa de 500g a 350g.

Realiza el mismo procedimiento, como se muestra en el vídeo.

2.- Realiza un ejercicio con los mismos datos del ejercicio 2, solo cambia la masa de 200g a 100g.

Realiza el mismo procedimiento, como se muestra en el vídeo.

3.- Copia las ecuaciones del tercer ejemplo -Calor perdido = Calor ganado. Explica las ecuaciones. 

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ENERGIA CALOR Y TRABAJO

 Energía, Calor y Trabajo

En el siguiente video se da la definición de energía, tipos de energía, también de define al calor, cómo se transfiere, y finalmente como se puede generar trabajo.

Vídeo 

https://youtu.be/L1PtHIJsyvg?si=rZUkDDXYWw2wmVq4

Se sugiere presionar el ícono "Ver transcripción" por si tienes problemas con el audio.

Después de ver el vídeo, escribe en tu cuaderno:

- cuatro definiciones de energía,

- los tipos de energía que existen o que se mencionan (al menos ocho),

- da la definición de calor,

- un ejemplo de cómo se transfiere el calor,

- propón un ejemplo de cómo se puede generar trabajo,

- dibuja un ejemplo de generación de trabajo.

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🌡TEMPERATURA DE EQUILIBRIO O LEY CERO DE LA TERMODINÁMICA

Práctica de Laboratorio

"Temperatura de Equilibrio o Ley Cero de la Termodinámica"

Objetivo.

Determinar la temperatura de equilibrio de un sistema compuesto de diferentes masas de agua a diferente temperatura.

Hipótesis.

¿Qué pasa sus juntas un cuerpo a 23°C con otro a 40°C, cuál sería su temperatura final? 

Justifica tu respuesta. 

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Material a usar.

- 1 tortillero de unicel con tapa y dos orificios para termómetro de mercurio

- 2 termómetros de Hg de 0°C a 100°C

- 1 lata de atún

- 1 mechero bunsen

- 1 tripie

- 1 tela de alambre con asbesto

- 1 encendedor o cerillos*

- 1 probeta de 100 mL

- 1 vaso de precipitados de 500 mL

- 1 pinzas para vaso de pp.

- 1 franela de cualquier color o un trapo viejo* 

* Material proporcionado por el estudiante.

Sustancias.

- agua potable

Instrucciones.

1.- Llena el vaso de pp con agua de la llave.

2.- Mide en la probeta 100 ml de agua y agrégala a la lata de atún.

3.- Mide en la probeta 300 ml de agua y agrégala al tortillero.

4.- Coloca sobre el tripie la tela de alambre con asbesto, coloca debajo de este el mechero bunsen.

5.- Colca la lata de atún con agua sobre la tela de alambre con asbesto.

6.- Conecta el mechero bunsen a la toma de gas LP.

7.- Abre la valvula de gas.

8.- Prende un cerillo o el encendedor y acércalo a la parte superior del mechero para mantener el fuego en este.

9. Mide la temperatura con un termómetro.

10.- Mantén el fuego hasta alcanzar una temperatura de aproximadamente 40°C en el agua que está en la lata de atún.

Agua a 40°C aproximadamente

11.- Una vez alcanzada la temperatura del punto anterior cierra la valvula de gas y después quita la lata de atún con las pinzas para vaso de pp. y colócala sobre la mesa.

12.- Sostén la misma lata del punto anterior con una franela y colócala dentro del tortillero cuidando que no se salga el agua de la lata.

13.- Tapa el sistema (lata con agua y agua del tortillero) con la tapa del tortillero.

14.- Coloca un termómetro que mida la temperatura del agua del tortillero a través de la tapa del tortillero.

15.- Coloca un termómetro que mida la temperatura del agua de la lata de atún a través de la tapa del tortillero.

16.- Registra tus resultados cada variación de 2 °C en cualquier termómetro 🌡.

Sistema adiabático

Tabla de Resultados.

Temperatura del agua del tortillero (°C)	Temperatura del agua de la lata de atún (°C)

Conclusiones.

En base al objetivo de la práctica y de acuerdo al desarrollo de la práctica, así como del análisis de resultados obtenidos escribe tus conclusiones.

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DILATACIÓN 🌞🌡🚝

Experimento con la dilatación de los cuerpos🌞

Objetivo.

Observar la dilatación y compresión de los cuerpos con la adicción y sustracción de energía térmica.

Hipótesis.

¿Cómo es la dilatación de un gas con respecto a la de un sólido, igual, mayor o menor?

¿Qué le pasa a un gas (en cuanto a su volumen) cuando aumenta su energía interna?

¿Qué le pasará a un globo inflado con aire amarrado al meterlo al congelador?

¿Qué le pasará a un globo inflado con aire amarrado al sacarlo al sol?

Experimentación.

1.- Infla un globo con aire usando tu boca 👄 o con una bomba 💣 para inflar globos.

2.- Amarra el globo con un nudo sencillo para evitar que el aire se escape. Mide su diámetro con una cinta métrica para medir la cintura. Éste será la circunferencia uno (C1).

3.- Mete el globo al congelador y espera un tiempo considerable hasta que cambie su volumen. Mide su circunferencia (C2).

4.- Lleva el globo a un área donde le den los rayos del sol 🌞 directamente y déjalo ahí hasta que notes un cambio significativo en cuanto a su volumen o su C1. Mide su circunferencia (C3).

Tabla de resultados.

Lugar de exposición	Circunferencia (cm)
Inflado por primera vez, después de amarrar	C1 =
Después de sacar del congelador	C2 =
Después de sacar a los rayos del sol directamente	C3 =

Conclusión.

En base al objetivo del experimento y a través del desarrollo del mismo, ¿cuáles son tus conclusiones?

Conclusión

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