Informe_equivalente En Agua Calorimetro 6q4q26

CORPORACIÓN UNIVERSITARIA DE LA COSTA, CUC DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BÁSICAS FACULTAD DE INGENIERÍA

EQIVALENTE EN AGUA DE UN CALORIMETRO Luis Díaz, Wuilfran Peralta, Wesley Hernandez, Moises Lopez Profesor: Henry Nuñez Coavas. Grupo CN1 – Mesa 5. 19-08-2011 Laboratorio de Física de Calor y Ondas, Corporación Universitaria de la Costa, Barranquilla La ley cero de la termodinámica establece la transitividad del equilibrio térmico siendo su enunciado:"si un cuerpo A,está en equilibrio térmico con uno B y este B lo está con otro C,entonces A y C están en equilibrio térmico". De manera más sencilla se sabe que si se ponen en o dos cuerpos con diferentes temperaturas, pasado un tiempo estos alcanzan la misma temperatura y este momento es conocido como equilibrio térmico, en el que ya no se intercambia más calor. Al igual, al llegar un tercer cuerpo este buscará un equilibrio térmico con la temperatura de los otros dos cuerpos y así sucesivamente. Al emplear un calorímetro en la experiencia se busca es comprobar dicha ley. Lo cual se aprecia al mezclar dos cantidades de líquidos a distinta temperatura y generar una transferencia de calor para llegar al equilibrio térmico. Previo a esto, se define equivalente en agua como la masa de agua cuyo comportamiento térmico es igual al del calorímetro que se va a usar. Se Determinara la capacidad calorífica de un calorímetro y el equilibrio térmico de un líquido en un sistema adiabático, asi como el equivalente en agua de un calorímetro.

Resumen La experiencia a realizar consiste en vertir una cantidad determinada de agua a un calorimetro, previamente tomando datos como la masa del agua a temperatura ambiente, luego vertir una cantidad de agua a temperatura superior a la primera al calorimetro, para asi determinar la temperatura de equilibrio y mediante los respectivos calculos poder obtener el equivalente en agua de un calorimetro.

Palabras claves Calorimetro, masa, temperatura, temperatura de equilibrio.

Abstract The experience to make is to invest a certain amount of water to a calorimeter, previously taking data as the mass of water at room temperature, then pour a quantity of water at temperatures higher than the first one to calorimeter, to determine the equilibrium temperature and through the respective load to obtain the water equivalent of a calorimeter. Key words Calorimeter, mass, temperature, equilibrium temperature.

2. Fundamentos Teóricos La temperatura es la sensación física que nos produce un cuerpo cuando entramos en o con él. Ante esta interviene el calor conceptualizado cómo la transferencia de energía. Construyendo el concepto de calor específico o capacidad calorífica específica, c, con respecto a lo anterior, este se define como la cantidad de calor que hay que proporcionar a un gramo de sustancia para que eleve su temperatura en un grado centígrado.

1. Introducción

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CORPORACIÓN UNIVERSITARIA DE LA COSTA, CUC DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BÁSICAS FACULTAD DE INGENIERÍA En el caso particular del agua c vale 1 cal/(g ºC) ó 4186 J(kg ºK). Además se debe conocer el calorímetro, cómo instrumento para hallar el calor específico. Éste está compuesto por un un vaso (Dewar) o en su defecto, convenientemente aislado. El vaso se cierra con una tapa hecha de material aislante, con dos orificios por los que salen un termómetro y el agitador.

determinada energía interna, se realiza un trabajo mediante un proceso, la energía interna del sistema variará. A la diferencia de la energía interna del sistema y a la cantidad de trabajo le denominamos calor. El calor es la energía transferida al sistema por medios no mecánicos. Pensemos que nuestro sistema es un recipiente metálico con agua; podemos elevar la temperatura del agua por fricción con una cuchara o por calentamiento directo en un mechero; en elprimer caso, estamos haciendo un trabajo sobre el sistema y en el segundo le transmitimos calor. Cabe aclarar que la energía interna de un sistema, el trabajo y el calor no son más que diferentes manifestaciones de energía. Es por eso que la energía no se crea ni se destruye, sino que, durante un proceso solamente se transforma en sus diversas manifestaciones. La unidad de calor específico en MKS es cal/(g ºC) sin embargo, debemos de ir acostumbrándonos a usar el Sistema Internacional, y expresar el calor específico en J/(kg·K)

Imagen 1. Calorimetro Los métodos calorimétricos se fundan en: -Principio de conservación de la energía: Cuando dos cuerpos se ponen en o en un sistema aislado del exterior (proceso adiabático), la cantidad de calor que pierde uno es igual a la cantidad de calor que gana el otro”. -La Ley cero de la termodinámica nos dice que si tenemos dos cuerpos llamados A y B, con diferente temperatura uno de otro, y los ponemos en o, 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 o con A y B, también alcanzará la misma temperatura y, por lo tanto, A, B y C tendrán la misma temperatura mientras estén en o. -Primera ley de la termodinámica: Se refiere al concepto de energía interna, trabajo y calor. Nos dice que si sobre un sistema cerrado adiabático con una

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CORPORACIÓN UNIVERSITARIA DE LA COSTA, CUC DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BÁSICAS FACULTAD DE INGENIERÍA Tabla 1. Calores específicos de algunas sustancias.

termómetro y es una constante para cada calorímetro. El calor específico desconocido del será por tanto

La cantidad de calor recibido o cedido por un cuerpo se calcula mediante la siguiente fórmula Q=m·c·(Tf-Ti) Donde m es la masa, c es el calor específico, Ti es la temperatura inicial y Tf la temperatura final

En esta fórmula tenemos una cantidad desconocida k, que debemos determinar experimentalmente.

● Si Ti>Tf el cuerpo cede calor Q<0 ● Si Ti 0

3. Desarrollo experimental

Supongamos que el calorímetro está a la temperatura inicial T0, y sea

Materiales: • Calorímetro • Termómetro • Probeta graduada • Beaker • Agitador • Balanza • Agua • Mechero Bunzen

● mv es la masa del vaso del calorímetro y cv su calor específico. ● mt la masa de la parte sumergida del termómetro y ct su calor específico. ● ma la masa de la parte sumergida del agitador y ca su calor específico. ● M la masa de agua que contiene el vaso, su calor específico es la unidad. Por otra parte: Sean m y c las masa y el calor específico del cuerpo problema a la temperatura inicial T. En el equilibrio a la temperatura Te se tendrá la siguiente relación.

Figura 1. Materiales utilizados. Inicialmente medimos la masa de la probeta.

(M+mv·cv+mt·ct+ma·ca)(Te-T0)+m·c(TeT)=0 La capacidad calorífica del calorímetro es k=mv·cv+mt·ct+ma·ca Se le denomina equivalente en agua del calorímetro, y se expresa en gramos de agua. Por tanto, representa la cantidad de agua que tiene la misma capacidad calorífica que el vaso del calorímetro, parte sumergida del agitador y del

Imagen 2.

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CORPORACIÓN UNIVERSITARIA DE LA COSTA, CUC DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BÁSICAS FACULTAD DE INGENIERÍA Posteriormente se le hecha agua aproximadamente 100 Ml, se lleva nuevamente a la balanza y se obtiene la masa del agua mas la masa de la probeta.

Se vierte el agua contenida en el beaker al calorímetro y se agita durante un minuto, una vez hecho esto se introduce el termómetro y luego de que se estabilice la temperatura será la que llamaremos temperatura de equilibrio.

Luego vertimos el agua en el calorímetro y medimos su temperatura.

Imagen 3. Imagen 5.

Posteriormente se repite el procedimiento: se llena la probeta con aproximadamente 100 Ml de agua y se mide la masa, luego vertimos el agua en un beaker y se calienta por lo menos a 60 º y no mas de 100º.

4. Cálculos y análisis De Resultados Datos: ma = 108gr Ta = 24ºC mA = 108gr TiA = 62ºC Te = 38ºC Ca = 1 : 1 cal/grº C Donde ma es la masa del agua a temperatura ambiente, Ta la temperatura ambiente, mA la masa del agua caliente, TiA la temperatura del agua caliente, Te la temperatura de equilibrio. La capacidad calorífica específica del agua es 1 cal/grº C El agua que temperatura

está

a

24º

C

ganará

El agua que está a 62º C perderá temperatura

Imagen 4.

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CORPORACIÓN UNIVERSITARIA DE LA COSTA, CUC DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BÁSICAS FACULTAD DE INGENIERÍA Sabemos que para conseguir el equilibrio térmico (igualar las temperaturas) la cantidad de calor ganada por un cuerpo debe ser igual a la cantidad de calor perdida por el otro. Teniendo en cuenta que la temperatura de equilibrio es 38 grados Celsius, El equivalente en agua de un calorímetro será:

K=

K= K = 185.14 – 108 K = 77.14 cal/ºC Análisis de resultados De la ecuación anterior nos damos cuenta que K es la masa de agua con una capacidad calorífica igual a la del calorímetro. No puede ser negativo porque una masa negativa no tiene sentido físico; además, tanto la masa del calorímetro como su calor específico son positivos, al igual que el calor especifico del agua. Su valor depende, como se desprende de lo dicho anteriormente, de la masa del calorímetro y de su calor específico. Cuando ya conocemos K, es posible calcular el calor específico por gramo (csólido) del cuerpo en cuestión a partir de las masas y temperaturas determinadas experimentalmente y así determinar de manera más precisa el valor del calor específico.

Bibliografía 1. SERWAY, Raymond. Física. Tomo II. 4° edición. Ed. Mc Graw Hill. Mexico.2002. 2. http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/estadistic a/otros/calorimetro/calorimetro.htm

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