UNIVERSIDAD NACIONAL DEL SANTA Facultad:
Ingeniería Agroindustrial
Curso:
Física 1
Ciclo:
III
Tema:
Calor latente de fusión del agua
Docente:
Secundino Vera Mesa
Práctica:
N° 08
Estudiantes:
Arévalo Oliva María
Javier Villanueva Magda
Zapata Oviedo Kevin
Chimbote – Perú Perú 2014
I.Objetivos: 1.1.Medir el calor latente de fusion del agua usando la tecnica de calorimetria
II. Fundamento Teorico: El calor requerido para cambiar la fase de una sustancia pura de masa m, conocido como calor de transformación, está dada por:
Q=mL El parámetro L se llama calor latente de la sustancia y depende de la naturaleza del cambio de fase y de las propiedades de la sustancia. La unidad de calor latente es J/Kg. En sí, representa la cantidad de calor por unidad de masa necesaria para un cambio de fase. Aquí dando algunos valores de L para sustancias conocidas, y para los cambios de fase de líquido a solido (fusión), f, y de solido a gas (vaporización),Lv. Sustancia Helio Nitrogeno Oxigeno Alcohol etílico Agua Azufre Plomo Aluminio Plata Oro Cobre
Punto de Fusion (ºC) -269.65 -209.97 -218.79 -114 0 119 327.3 660 960.80 1063.00 1083
Lf(J/Kg) 4
5.23x10 4 2.55x10 4 1.38x10 4 10.4x10 4 33.3x10 4 3.81x10 4 2.45x10 4 39.7x10 4 8.82x10 4 6.44x10 4 13.4x10
Punto de ebullición (ºC) -268.93 -195.81 -182.97 78 100.00 444.60 1750 2450 2193 2660 1187
Lv(J/Kg) 4
2.09x10 5 2.01x10 5 2.13x10 5 8.54x10 6 2.26x10 5 3.26x10 5 8.70x10 7 1.14x10 6 2.33x10 6 1.58x10 6 5.06x10
Los cambios de fase se pueden explicar en base al reacomodo de las moléculas cuando se agrega ose quita calor de la sustancia. Considérese primero el cambio de fase de líquido a gas. Las moléculas en el líquido están más juntas, y las fuerzas entre ellas son más fuertes que en un gas, donde las moléculas se encuentran más separadas. Por lo tanto, en un líquido se debe hacer trabajo sobre las fuerzas moleculares de atracción para poder separar las moléculas. El calor de vaporización es la cantidad de energía que se debe agregar al líquido para lograr esto. Análogamente, durante el proceso de fusión (cambio de fase de sólido a líquido) la amplitud de vibración de los átomos del sólido llega a ser lo suficientemente grande como para vencer las fuerzas de atracción que se mantienen a los átomos en sus posiciones fijas. La energía calorífica que se requiere para
fundir por completo cierta masa de un sólido es igual al trabajo que se requiere para romper las ligaduras y transformar a la masa de una fase ordenada de sólido a una fase desordenada de líquido. mcT; en cambio, el calor de El calor sensible es aquel que produce un cambio de temperatura de la masa: Q = mcT; transformación se utiliza totalmente para romper las fuerzas intermoleculares interatómicas de la masa de sólido o líquido, es decir, no produce cambio de temperatura en el cuerpo por lo que los procesos de cambios de fase ocurren a una temperatura y presión fija.
Método calorimétrico para calcular el calor latente de fusión del agua
Consiste en mezclar un bloque de hielo a temperatura T H y de masa conocida con una masa dada de agua en un calorímetro y medir los cambios de temperatura que experimenta el sistema. En la mezcla, el agua del calorímetro, ma con una temperatura inicial Ta y temperatura final T va a T a ) la cual permite: ceder una energía total mac(T – T 1. Elevar la temperatura del hielo hasta 0ºC, absorbiendo el calor sensible Q H= m HcH(0 – TH), 2. Fundir completamente los bloques de hielo utilizando el calor de transformación Q L= mHLf , 3. Elevar la temperatura del agua resultante del hielo hasta la temperatura de equilibrio T, absorbiendo el calor sensible Q Ha Ha= mHc(T – 0). En la Figura 1 se muestra esquemáticamente los procesos de enfriamiento del agua (recta: T a – C) y del calentamiento del hielo (línea quebrada: TH – A-B-C).
Figura1. Gráfica Temperatura. Calor (T vs Q) Aplicando el principio de conservación de la energía: Q a= Q H+ Q L+ Q Ha Ha – mac(T – Ta) = mHcH(0 – TH) + mHLf+mHc(T – 0) (2) donde: ma = masa de agua en el calorímetro c = calor específico del agua Ta= temperatura del agua en el calorímetro mH= masa de hielo cH= calor específico del hielo TH= temperatura inicial del hielo Lf= calor latente de fusión del hielo T = temperatura de equilibrio térmico. Despejando obtenemos:
Lf = mac(Ta – T) - mHc(T) + mHcH(TH) mH
III. Resumen
IV. Materiales y Equipo
Materiales
instrumentos
Precisión
Hielo Agua
Balanza vaso de precipitación
0.5 0.05
Soporte Metálico
Termómetro
19ºC
V. Procedimiento y Datos Experimentales 5.1. Utilice la siguiente técnica para medir masas: Coloque sobre la balanza el calorímetro y presione la tecla “tara” de la balanza electrónica. Vierta en el calorímetro 200g de agua (mA). Anote esta lectura y
las siguientes medidas en la Tabla 2. 5.2 Mida la temperatura inicial del agua, T a. 5.3. Con la misma técnica del ítem 4.1, pero en otro deposito, mida la masa m H de hielo. 5.4. Mida la temperatura inicial del hielo, TH 5.5. Añada hielo al calorímetro, espere que se produzca el equilibrio térmico, y lea la temperatura de equilibrio T. 5.6. Repita los pasos anteriores hasta completar seis series de mediciones, tratando de que la masa de hielo sea constante en cada serie. Anote todas sus mediciones en la Tabla 2.
N 1 2 3 4 5 6 Promedio
m A (Kg) 0.190 0.188 0.192 0.213 0.203 0.210 0.199
T A (ºC) 21ºC 21ºC 21.5ºC 19ºC 19.5ºC 20ºC 20.3ºC
VI. Procesamiento y Análisis
TH (ºC) 0ºC 0ºC 0ºC 0ºC 0ºC 0ºC 0ºC
mH (Kg) 0.352 0.394 0.192 0.275 0.153 0.185 0.26
T (ºC) 2ºC 3ºC 4ºC 1ºC 1ºc 1ºC 2ºC
6.1 Con los datos de la Tabla 2 utilizando la ecuación 3, obtenga el calor latente de fusión del agua y las cantidades de calor transferidas para cada serie de mediciones. Anote sus respuestas en la tabla 3. N
1 2 3 4 5 6 Promedio
Lf (J/Kg)
Calor sensible del agua :Q A (ºC)
Calor sensible del hielo: Q H(ºC)
8.25 5.58 13.5 12.9 23.5 20.6 14.1
3.61J 3.38J 3.36J 3.83J 3.75J 3.99J 3.65J
0J 0J 0J 0J 0J 0J 0J
Calor de
transformación del hielo: Q L(Kg)
Calor sensible del agua (hielo fundido): Q ha ha (ºC)
28.16J 31.52J 15.36J 22J 12.24J 14.8J 20.68J
0.704J 1.182J 0.768J 0.275J 0.153J 0.185 0.544J
6.2 En el mismo sistema de coordenadas Calor-Temperatura trace, en papel milimetrado, la grafica T vs Q para los procesos experimentados por (a) la masa de hielo y (b) la masa de agua del calorímetro. Utilice los promedios de calor que figuran en la Tabla 3 y los promedios de Ta, Th y T de la tabla 2. 2
A= (ΣYi )( ΣXi )-( ΣXi)( ΣXiYi) 2 2 N(ΣXi ) –(ΣX –(ΣXi)
2 ΣXi
B= N(ΣXiYi)-( ΣYi)( ΣXi) 2 2 N(ΣXi )-( ΣXi)
ΣXi= 21.92
=80.3976
2
A= (ΣYi )( ΣXi )-( ΣXi)( ΣXiYi) = 2 2 N(ΣXi ) –(ΣX –(ΣXi) A= (122 )( 80.3976 )-( 21.92)( 518.82)= 31.663 2 6(80.3976) – –(21.92)
B= N(ΣXiYi)-( ΣYi)( ΣXi)
ΣY i=122 ΣX Y i i =518.82
2
N(ΣXi )-( ΣXi)
2
B= 6(518.82)-( 122)( 21.92) = -3.1013 2 6(80.3976)-( 21.92)
T vs Q 22
y = -3.1013x + 31.663
21.5 a 21 r u t 20.5 a r e 20 p m e 19.5 T
Series1 Linear (Series1)
19 18.5 3 .3
3.4
3.5
3.6
3.7
3 .8
3.9
4
4.1
Calor
6.3. Fundamente porque es o no consistente el hecho de que la parte del grafico que corresponde al proceso experimentado por la masa de agua, es lineal con pendiente negativa. 6.3. Fundamente por que es o nos consistente el hecho de que la parte del grafico anterior que corresponde al proceso experimentado por la masa de hielo ya convertido en agua de To=0 (temperatura inicial del hielo) a T f =T (Temperatura de equilibrio), es lineal con pendiente positiva.
VII. Resultados Sustancia
Calor Latente Lf (J/Kg)
Calor latente (según textos Lf(J/Kg)
Discrepancia en % respecto del vapor bibliografico
VIII. Conclusiones 8.1. ¿De que factores depende el calor latente de una sustancia?
8.2. ¿Por qué no hay aumento en la temperatura del hielo durante el proceso de fusión? 8.3. ¿Qué espera que suceda, respecto a la medida experimental del calor latente del hielo, si al hielo que añade el agua dentro del calorímetro, le acompaña una cantidad significativa de agua líquida?
IX. Bibliografía
