UNIVERSIDAD TÉCNICA DE MACHALA FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS Y DE LA SALUD ESCUELA DE BIOQUÍMICA Y FARMACIA CARRERA: BIOQUÍMICA Y FARMACIA ASIGNATURA: FÍSICA TEMA: SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA Y ENTROPÍA DOCENTE: Dr. FREDDY PEREIRA GUANUCHE ESTUDIANTE: PABLO ROMERO RAMON SEMESTRE: PRIMER SEMESTRE PARALELO: “A” MACHALA, SEPTIEMBRE DEL 2014

SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA Y ENTROPÍA

ÍNDICE Diap. OBJETIVOS 4 MARCO TEÓRICO 6 TÉCNICAS UTILIZADAS 12 EXPERIMENTACIÓN 14 CONCLUSIÓN 20 BIBLIOGRAFÍA 21

OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL OBJETIVO ESPECIFICO Interpretar la segunda ley de la termodinámica mediante el diseño de un trabajo experimental y la observación para su posterior análisis y extracción de conclusiones. OBJETIVO ESPECIFICO Investigar bibliográficamente los métodos para desarrollar un proceso experimental que permita interpretar y aplicar los conceptos de la segunda ley de la termodinámica y Entropía.

MARCO TEÓRICO

TERMODINÁMICA. Como su nombre indica, la termodinámica estudia la transferencia (dinámica) de calor (del vocablo griego therme que significa “calor”). El desarrollo de la termodinámica se inició hace unos 200 años y fue resultado de los intentos por crear máquinas de calor. La máquina de vapor fue uno de los primeros dispositivos de este tipo, y fue diseñado para convertir el calor en trabajo mecánico. Las máquinas de vapor de las fábricas y locomotoras impulsaron la Revolución Industrial que transformó el mundo.

SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA La segunda ley de la termodinámica se puede establecer de tres formas diferentes: El calor fluye espontáneamente desde un objeto más caliente hacia uno más frío, pero no en sentido inverso. 2) Ninguna máquina térmica que trabaja en ciclos continuamente puede cambiar toda la energía consumida en trabajo útil. 3) Si un sistema experimenta cambios espontáneos, cambiará en tal forma que su entropía aumentará o, en el mejor de los casos, permanecerá constante.

La segunda ley establece la manera en que ocurrirá un cambio espontáneo, mientras que la primera Ley dice si es posible o no un cambio. La primera ley se refiere a la conservación de la energía; la segunda se refiere a la dispersión de la energía.

ENTROPÍA. Función de estado que mide el desorden de un sistema físico o químico, y por tanto su proximidad al equilibrio térmico. En cualquier transformación que se produce en un sistema aislado, la entropía del mismo aumenta o permanece constante, pero nunca disminuye. Así, cuando un sistema aislado alcanza una configuración de entropía máxima, ya no puede experimentar cambios: ha alcanzado el equilibrio.

• La entropía es una medida de la capacidad de un sistema para efectuar trabajo útil. Cuando un sistema pierde capacidad para efectuar trabajo, aumenta su entropía. • La entropía determina la dirección del tiempo. Es la “flecha del tiempo” que indica el flujo hacia adelante de los sucesos y distingue los sucesos pasados de los futuros. • La entropía es una medida del desorden. Un sistema tiende naturalmente hacia un mayor desorden. Cuanto más orden haya, más baja será la entropía del sistema. • Está aumentando la entropía del Universo. Todos estos planteamientos (y otros) son interpretaciones igualmente válidas de la entropía y son físicamente equivalentes.

TÉCNICAS UTILIZADAS

INVESTIGACIÓN BIBLIOGRÁFICA TÉCNICAS UTILIZADAS INVESTIGACIÓN BIBLIOGRÁFICA EXPERIMENTACIÓN

EXPERIMENTACIÓN

Materiales Moneda a 24°C de temperatura 1 Kg de Agua a 18°C de temperatura Calculadora Marcador acrílico.

Procedimiento Sumergimos la moneda en el agua. Calculamos el cambio de entropía de los componentes del sistema así como de todo el sistema.

Interpretación El intercambio de calor existente es entre la cuchara y el agua, es decir, Qm + Qa = 0, donde los subíndices m y a se refieren a la moneda y al agua, respectivamente. Podemos determinar Qa porque conocemos la masa de agua, su calor especifico y el cambio de temperatura. Por lo tanto, podremos determinar ambos valores de Q (iguales, pero de signo opuesto). podemos obtener también una buena aproximación a ΔS utilizando la temperatura promedio de cada objeto

𝑇𝑚,𝑖=24°𝐶 𝑇𝑎,𝑖=18°𝐶 𝑀𝑤=1,00𝐾𝑔 𝑇𝑓=20°𝐶 𝐶𝑤=4186𝐽/(𝐾𝑔𝑥°𝐶) Según la formula de incremento de energía ∆𝑆= 𝑄 𝑇 , necesitamos la cantidad de calor transferida. Con ∆𝑇𝑎=𝑇𝑓−𝑇𝑎, 𝑖= 20°C - 18°C = +2,0 °C, para determinar el calor que le agua gana hacemos de la formula: 𝑄𝑎=𝐶𝑎.𝑀𝑎.∆𝑇 Es decir: (4186 J/(Kg°C))(1,00Kg)(2,0°C)= +8,37X10 ̂3 J, al ser esta la cantidad de calor ganado por el agua, es también la cantidad de calor perdido por la moneda, o sea que: 𝑄𝑚=−8,37𝑥 10 3 𝐽 Posteriormente obtenemos las temperaturas promedio: 𝑇𝑎= 𝑇𝑎,𝑖+𝑇𝑓 2 = 18°𝐶+20°𝐶 2 =19°𝐶=292°𝐾 𝑇𝑚= 𝑇𝑚,𝑖+𝑇𝑓 2 = 24°𝐶+20°𝐶 2 =22°𝐶=295°𝐾

A partir de todos estos datos, podemos aplicar la formula de cambio de entropía, para el agua así como para la moneda. Entonces: ∆𝑆𝑎= 𝑄𝑎 𝑇𝑎 = +8,37𝑥 10 3 𝐽 292°𝐾 =28,7𝐽/°𝐾 ∆𝑆𝑚= 𝑄𝑚 𝑇𝑚 = −8,37𝑥 10 3 𝐽 295°𝐾 =−28,4𝐽/°𝐾 Para obtener el cambio de entropía de todo el sistema, sumamos los dos cambios. ∆𝑆=∆𝑆𝑎+∆𝑚=+ 28,7𝐽 °𝐾 − 28,4𝐽 °𝐾 =0,3𝐽/𝐾

CONCLUSIÓN La entropía de la moneda disminuyó porque perdió calor. La entropía del agua aumentó más de lo que la temperatura de la moneda disminuyó, así que, en total, se incrementó la entropía del sistema. De esta forma hemos podido interpretar el segundo principio de la termodinámica.

BIBLIOGRAFÍA Ana Cristina Villalba Batallas, E. M. (2013). Física y Química (Primera ed.). (R. A. Coba, Ed.) Quito, Ecuador: El Telégrafo. Frederick J. Bueche, E. H. (1997). SCHAUM. Mexico: McGRAW-HILL / INTERAMERICANA EDITORES, S.A. DE C.V. MIcrosoft Corporation. (20 de Agosto de 2009). Entropía. Guayaquil, Guayas, Ecuador. Raymond A. Serway y John W. Jewett, J. (2008). Física para ciencias e ingeniería (Séptima ed.). (S. R. González, Ed.) México: Cengage Learning. WILSON, J., BUFA, A. J., & LOU, B. (2007). FÍSICA (Sexta ed.). (E. Q. Duarte, Ed.) Mexico: PEARSON EDUCACIÓN.