Equilibrio térmico

En este experimento analizaremos en forma detallada, la transferencia de energía mediante calor  entre dos sistemas que se encuentran en contacto térmico y a diferentes temperaturas. Para ello utilizaremos un vaso de Bohemia con agua a una temperatura aproximada de 70°C y una lata conteniendo arena a temperatura ambiente.

Objetivo

Reconocer el equilibrio térmico entre dos cuerpos.

Procedimiento

• Medimos la temperatura ambiente.
• Colocamos la lata dentro del vaso con agua y medimos simultáneamente la temperatura del agua y de la arena.
• Repetimos las medidas anteriores cada tres minutos, registrando los datos en un cuadro de valores.
• Graficamos t=f(tiempo) para el agua y la arena.

Cuadro de datos

El tiempo empleado en esta actividad experimental fue de 36 minutos. Luego de 2 horas regresamos al laboratorio y registramos las siguientes temperaturas finales del agua, la arena y el ambiente:

t agua = 15°C t arena = 15°C t ambiente = 15 °C

Si lo deseas puedes hacer clic aquí, y graficar ingresando los datos del experimento en en una Tabla.

Observaciones

• A medida que transcurre el tiempo observamos que:

a) la temperatura del agua disminuye.

b) la temperatura de la arena aumenta.

c) ambas temperaturas se igualan aproximadamente a 50°C.

d)luego de igualarse ambas temperaturas disminuyen.

• Transcurrido suficiente tiempo (2 horas), las temperaturas de la arena, del agua y del ambiente quedan iguales (15°C)

Conclusiones

¿Por qué la temperatura del agua disminuye y la temperatura de la arena aumenta?

• La temperatura del agua disminuye porque libera energía que se transfiere en forma de calor a la arena

Si un sistema libera energía en forma de calor, su temperatura disminuye.

• La temperatura de la arena aumenta, porque está recibiendo energía en forma de calor cedida por el agua

Si un sistema absorbe energía en forma de calor, su temperatura aumenta.

¿Hasta cuándo se produce la transferencia de energía mediante calor desde el agua hacia la arena?

Esta transferencia ocurre hasta que las temperaturas del agua y la arena se igualan (t=50°C). En este momento se dice que los sistemas alcanzaron el EQUILIBRIO TÉRMICO  y no hay mas calor entre ellos.

Siempre que dos sistemas están en contacto térmico y tienen diferente temperatura, se produce una transferencia de energía mediante calor desde el sistema que se encuentra a mayor temperatura hacia el sistema que se encuentra a menor temperatura hasta alcanzar el equilibrio térmico

Dos sistemas en contacto térmico se encuentran en equilibrio térmico cuando tienen la misma temperatura.

Luego que se igualan la temperaturas del agua y la arena;¿porque continúan descendiendo?

Las temperaturas del agua y de la arena se igualan aproximadamente a los 50°C, pero ambas están en contacto con el ambiente, cuya temperatura es 15°C

Esa diferencia de temperatura genera una transferencia de energía mediante calor entre el mabiente y el conjunto agua y arena que finaliza cuando todas las temperaturas se igualan (equilibrio térmico)

Cuando dos sistemas están en equilibrio térmico no hay calor entre ellos.

En nuestro experimento esto ocurre luego de transcurridas dos horas aproximadamente y lo comprobamos al medir las temperaturas finales

t agua = t arena = t ambiente = 15°C