CAMBIOS TERMICOS DE UN SISTEMA
PRESENTADO A: WILLIAN BLANCO BEDOYA INGENIERO QUÍMICO
DIANA RAMIREZ LEON JESUS DURANGO GALEANO JOSE LLORENTE PETRO
UNIVERSIDAD DE CORDOBA FACULTAD DE CIENCIAS
BASICAS
PROGRAMA DE QUIMICA MONTERIA, CORDOBA 20161
RESUMEN
El calor suministrado por la fuente depende de la temperatura, se encontró que el glicerol adsorbió una cantidad de calor menor a la adsorbida por el agua, de la misma forma, la cantidad de calor adsorbida por una determinada masa de sustancia no depende del calor suministrado por la fuente. La práctica se llevó a cabo mediante un montaje constituido por una resistencia encendida hasta máxima graduación, para que alcanzara la máxima temperatura, posteriormente se colocó sobre ésta un eac!er con agua " se calentó hasta una temperatura adecuada para que no ha"a cambios de fase, registrando el tiempo que le tomo alcanzar dicha temperatura. #plicando la primera le" de la termodinámica se pudo determinar que el calor suministrado por la fuente al final del proceso se mantiene constante " éste se distribu"e entre el ambiente o alrededores " el sistema termodinámico.
OBJETIVO GENERAL
$eterminar la energ%a involucrada mediante el proceso de calentamiento de un sistema, cuando a este se le suministra una fuente fija de calor.
OBJETIVOS ESPECIFICOS
#plicación del primer principio de la termodinámica, mediante el cambio de energ%a de un sistema.
$eterminar el calor absorbido por una masa determinada de sustancias como el agua " el glicerol pesadas con una balanza anal%tica.
MARCO TEORICO
La primera le" de la termodinámica no presenta restricción alguna respecto a la conversión de energ%a de una forma a otra& solo exige que la cantidad total de energ%a sea la misma antes " después de la conversión. 'iempre es posible convertir cualquier clase de energ%a en una cantidad igual de energ%a térmica. (or ejemplo, la salida de un generador puede conectarse a un calentador sumergido en un recipiente con agua. La energ%a térmica del agua " del calentador se aumenta exactamente en la cantidad de energ%a eléctrica suministrada. El motor eléctrico puede hacer girar una rueda de paletas en un recipiente de agua )como en el experimento de joule*, convirtiéndose la energ%a mecánica en un aumento de la energ%a térmica del agua, lo que se manifiesta como un aumento de la temperatura de ésta. +odo tipo de energ%a puede transformarse en energ%a térmica " se manifiesta por un aumento de la temperatura de alguna muestra de materia, generalmente agua la cantidad de energ%a implicada puede medirse estableciendo el aumento de la temperatura de una masa especifica de agua. La energ%a puede clasificarse también de acuerdo con su capacidad para aumentar la energ%a potencia de una masa elevándola contra la fuerza de la gravedad. 'olo algunas clases de energ%a pueden convertirse completamente en la elevación de una masa contra la gravedad )la energ%a mecánica producida por un motor eléctrico*. La energ%a térmica de un calentador o la energ%a qu%mica de un compuesto puede utilizarse solo en parte para elevar una masa. - 'e denomina calor )/* a la energ%a que se transfiere a través de los l%mites de un sistema en virtud de una diferencia de temperatura, ha" dos cantidades o propiedades termodinámicas que son funciones del estado de un sistema " que nos indican la cantidad de energ%a que posee un sistema en un momento dado& nos referimos a la energ%a interna )0* " la entalp%a )1*. 2undamentalmente nos interesa las variaciones de energ%a durante el proceso o cambios de estado que experimenta el sistema o sea 30 " 31& " para un proceso a presión constante, la relación entre las dos es4
∆ H = ∆ U + P ∆ V
donde 35 6 5 7 8 5)57 45olumen final del sistema " 5 - inicial del sistema* (ara un cambio de estado que involucre bajas presiones " peque9as diferencias de temperatura en sólidos " l%quidos podemos considerar
∆ H ≈ ∆ U= Q
#bsorbido o liberado por el sistema, debido a la poca variación del volumen durante el cambio de estado, situación que no ocurre con los gases, "a que debemos considerar los valores de 35. 'i tenemos un sistema dado inicialmente a una temperatura + -, en contacto con una fuente de energ%a + 7 donde +7: +-, habrá una transferencia de calor a través de los l%mites del sistema desde la fuente, pero no todo el calor suministrado por la fuente es absorbido por el sistema, parte de éste es disipado a los alrededores desde la fuente " el sistema si este no se encuentra aislado adiabáticamente. 'i la temperatura del entorno es menor que la del sistema, finalmente el sistema se encontrará a una temperatura +; - < +- " habrá sufrido un cambio de estado. $onde4 =4 +rabajo realizado por el sistema, l%quidos " sólidos = > ? /74 @alor suministrado por la fuente /-4 @alor absorbido por el sistema /p4 @alor perdido o disipado al ambiente +74 +emperatura de la fuente +-4 +emperatura inicial del sistema 'i = 6 ?& /7 6 /A )-* 'i la fuente es una resistencia eléctrica con una potencia conocida, / 7 6 ( x + x BCD )cal*
/p
$onde ( 6 potencia en F& +4 tiempo en horas. /- se puede calcular por4
T ´ 1
Q =m
∫ Cp ( T ) dT T 1
$ónde4 m es la masa en !ilogramos del sistema @p4 calor especifico del sistema en cal G g H@ d+4 diferencial de temperatura. 'i la dependencia del @p del sistema con la temperatura es constante, la ecuación )7* se transforma en4 /- 6 m@p )+;- 8 +-*
)7*
)+;- 8 +-*4 +emperatura final e inicial del sistema respectivamente. 7 (or Pltimo, / p 6 /7 8 /-. MATERIALES Y REACTIVOS alanza eac!er 7?? mL " de -?? mL #gua destilada " glicerol Iesistencia eléctrica )estufa* +ermómetro " reloj o cronómetro.
)K*
(IN@E$QOQEM+N
a d a l i t s e d a u g a e d g ? K n o c o d a p a t e t n e m a i v e r p r e ! a e n u J I # ' E (
. a r u t a r e p m e t a m i x á m a l e c n a c l a e u q a r a r e p s e " e l b i s o p n ó i c a u d a r g a m i x á m a l a t s a h a i c n e t s i s e r a l J I E $ M E @ M E
+ a m e t s i s l e d l a i c i n i a r u t a r e p m e t a l J I # O N +
. ; + a + e d s e d t o t n e i m a t n e l a c e d o p m e i t r a m o t * ; + ) @ R ? B e c n a c l a e t s e e u q a t s a h a m e t s i s l e J I # + M E L # @
. l a t e g e v e t i e c a l e n o c o t n e i m i d e c o r p l e r i t e p e r " o l r a c e s " o l r a i r f n e , r e ! a e l e J I # ( 0 @ N ' E $
. l a t n e i b m a a l r e s e b e d s o t n e i m i d e c o r p s o b m a n e + J # + N M
@#L@0LN' S IE'0L+#$N' +abla nH-
(eso del sistema +emperatura inicial + +emperatura fina + 7 (otencia de la resistencia +iempo de calentamiento @alor especifico
#gua U7,CDUBV-? WK !g 7BH@ B?H@ ?,B F
Tlicerol DX,CXUV-? WK !g 7BH@ B?H@ ?,B F
-K,B?V-? W7 h - calGgH@
X,BKKV-?W7 h ?,B? calGgH@
CALCULOS PARA EL AGUA:
@alor proporcionado por la resistencia /7 6 (V + V BCD )cal* 6 )?.B F* ) -K,B?V-? W7 h * )BCD* !cal
/7 6 U,D7 cal /-6 mV@p) tY -W +-* 6 U7,CDUKV-? WK !g)-!calG!gH@* ) B? 8 7B * H@ /-6 D,B- cal /(6 /7 8 /6 U?,C? cal
CALCULOS PARA EL GLICEROL
/76 (V + V BCD )cal* 6 )?,B F* )X,BKKDV-? W7 h* )BCD cal* /76 D,-D cal /-6 mV@p) tY-W +-* 6 )DX,CXUV-? WK g* )?,B? calG gH@* )B? 8 7B *H@ 6 -,DK cal /p6 /7 8 /6 D,-D .cal 8 -,DK cal 6 7,X? cal @ontinuación se presentarán los datos correspondientes a los cálculos en la siguiente tabla +abla nH7 @alores en el proceso )Vcal* //7 /p
#gua D,BU,DB U?,C
Tlicerol -,DK D,-D 7,X?
ANALISIS DE RESULTADOS
#l poner en contacto el eac!er con agua a 7B H @ " la plancha calentadora a una temperatura mucho ma"or, por efecto de la diferencia de temperatura, las colisiones entre las moléculas, entre los cuerpos provocan una transferencia de energ%a del cuerpo más caliente, cu"as part%culas tienen una energ%a cinética ma"or, al cuerpo más frio. K
El calor tiene una propiedad la cual se pudo observar en esta práctica, " es que posee valor solo durante lapsos en los cuales se transcurre el proceso, debido que en el caso de la plancha éste al dejarla de calentar comienza a disiparse en el ambiente hasta disminuir la temperatura de la fuente de calor. D +eniendo en cuenta la le" de la conservación de la energ%a, como todo el calor suministrado por la resistencia no se adsorbe por el sistema, una parte de este se disipa en el ambiente o alrededores por ser un sistema no aislado adiabáticamente, indicando que no se tuvo en cuenta el calor adsorbido por el eac!er, sino que se asumió, como si solo el calor se proporcionó al agua, esto es una fuente de error al momento de obtener el calor que en realidad se transfirió de la resistencia al sistema.
@0E+QNM#IQN 1. Investige !"s v#!"$es %e C& &#$# e! #'eite veget#! tenien%" en 'ent# (e este es n# )e*'!# %e t$ig!i'+$i%"s.
El calor especifico es4 7??? ZGg . ,. Si !# -ente %e ene$g# -e$# n /"$n" %e '#$0n " g#s n#t$#!2 3')" se '#!'!#$# e! '#!"$ gene$#%"4
El poder calor%fico, representa la caracter%stica más importante en la selección " utilización de un combustible. La energ%a liberada en las reacciones )combustión* de oxidación )mu" exotérmica* de una unidad de combustible )masa para combustibles sólidos o l%quidos " volumen, en condiciones normales, para combustibles gaseosos* se incorpora a los productos de la reacción en forma de energ%a térmica, elevando fuertemente su temperatura. @on instrumentos llamados calor%metros, se puede medir la energ%a térmica que es preciso retirar a presión constante de los productos de la combustión para conseguir que recuperen la temperatura que ten%an inicialmente el combustible " el ox%geno con el que se oxido. Esta energ%a térmica se llama poder calor%fico del combustible, (c. #l determinar el poder calor%fico de un combustible en un calor%metro " llevar los productos de la combustión a
condiciones normales )?R@, XC? mm. 1g*, puede observarse que el vapor de agua contenido en los humos condensa sobre las paredes del calor%metro, cediendo UX,7 !calG!g. )7?? !ZG!g.*, calor que se suma al calor producido en la reacción de combustión, esta suma recibe el nombre de poder calor%fico superior del combustible, (cs., que se define pues, como la energ%a liberada en la combustión cuando el combustible " comburentes están inicialmente a ?R@ " hasta que los productos de la combustión recuperan esta temperatura de ?R@.
5. 3C)" se &e%e %ete$)in#$ !# '#nti%#% %e ene$g# (e se %isi& #! #)0iente4
'e disminuir%a la cantidad de energ%a disipada trabajando en un medio en donde exista poca interacción con el entorno "a que en las cantidades de energ%a puedan incidir algunos factores como la humedad, la temperatura, entre varios. S que sea adiabático.
6. 7#8 %i-e$en'i# ent$e e! '#!"$ #%s"$0i%" &"$ e! #g# 8 e! #'eite en e! &$"'e%i)ient" 3(+ se %e0e es&e$#$4 E9&!i(e.
El aceite por ser un compuesto orgánico su punto de ebullición es bajo, molecularmente se debe a que las fuerzas intermoleculares de este son menores que las del agua que presenta fuerzas mucho ma"ores por los puentes de hidrogeno " requiere ma"or energ%a.
. 3Si se '"nsi%e$# !# e9&#nsin %e! siste)# ')" &"%$; '"nsi%e$#$ este &#$# &$"%'i$ t$#0#<"42 si =V > ? '' 3';! es e! @ &$"%'i%"4 3+ se %e0e es&e$#$4
'i se considera que el volumen aumento cuando se suministró calor se presenta trabajo de expansión. V 2
∫
W expancion = Pdv → Wexp = P ( V 2−V 1 )=0,947 Atm∗50 cm V 1
3
= 47,35 Atm∗cm3
. 3C)" )e<"$#$# ste% este &$"'e%i)ient" &#$# (e !"s $es!t#%"s se#n );s $e#!es4
Los errores se dan por la pérdida de calor del sistema " por la variación de la temperatura por tal motivo se deben mejorar estos inconvenientes con un termostato " un material aislante del sistema.
CONCLUSIONES
'e determinó el calor adsorbido por el agua " el glicerol al llevarlos a una temperatura de B?H @ mediante suministración de calor por una resistencia o plancha calentadora. El calor adsorbido por el agua fue ma"or, que el adsorbido por el glicerol debido a que el tiempo en el cual, el agua alcanzó la temperatura de B?H@ fue ma"or que en el proceso cuando se utilizó glicerol, por esta misma razón la cantidad de calor proporcionada por la resistencia es diferente en los dos procesos llevados a cabo en el laboratorio. El calor suministrado por la resistencia o plancha calentadora depende de la temperatura a cuál se encuentre.
BIBLIOGRAFIA
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