UNIVERSIDAD DEL CAUCA FACULTAD DE CIENCIAS NATURALES Y DE LA EDUCACIÓN LABORATORIO DE FISICA DE FLUIDOS Ing. Jhon Jairo Realpe
PRACTICA No. 6 CAPACIDAD CALORIFICA DE UN CALORIMETRO 1. OBJETIVOS •
•
Determinar experimentalmente experimentalm ente la capacidad calorífica o equivalente en agua de un calorímetro y sus accesorios mediante el método de las mezclas. Comprobar la influencia del recipiente en los intercambios intercamb ios caloríficos calorífic os entre cuerpos contenidos en él.
2. FUNDAMENTOS FUNDAMEN TOS TEÓRICOS Al mezclar dos cantidades de líquidos a distinta temperatura temperatur a se genera una transferencia de energía en forma de calor desde el más caliente al más frío. Dicho tránsito de energía se mantiene hasta que se igualan las temperaturas, cuando se dice que ha alcanzado el equilibrio térmico. La cantidad de calor Q que se transfiere desde el líquido caliente, o la que absorbe el frío, responde a la expresión
∆
(1)
donde m es la masa del líquido [g], C e específic o [kJ/kg.°C [kJ/kg.°C = kJ/kg.K] y e su calor específico variación de temperatura que experimentan. Recordar que q ue 1°C = 1K y por ello ell o
∆T
∆T
[°C o K] la
[°C] = ∆T [K].
2.1. Medida del equivalente en agua de un calorímetro Se busca encontrar el equivalente en agua del calorímetro como experiencia previa a la determinación del calor específico de distintos materiales, en el trabajo práctico siguiente. El calorímetro de mezclas está compuesto por un recipiente metálico aislado térmicamente del exterior. Su superficie externa tiene un pulido muy brillante (una superficie muy reflectante es es muy mala emisora) y está colocado dentro de otro recipiente impermeable al calor (paredes adiabáticas). Está provisto de un agitador y un termómetro.
Principio de conservación de la energía: “Cuando dos cuerpos se ponen en contacto 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”.
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donde Q i cantidad de calor intercambiada por el elemento i con los otros elementos del calorímetro, en kJ
Principio de las transformaciones inversas : “La cantidad de calor que hay que suministrarle a un cuerpo para que aumente su temperatura un cierto ∆T, es igual a la cantidad de calor que debería perder para disminuir la misma temperatura”. Es válida para ambos casos la ecuación (1). Si el intercambio de calor se efectuara solamente entre dos masas de agua, tendríamos:
∆ ∆
(2)
Pero el calorímetro, el termómetro, el agitador, etc, absorben calor. Para simplificar la operación de hallar las masas y los calores específicos (a veces desconocidos) de cada elemento, se calcula el Equivalente en Agua del Calorímetro, que no es otra cosa que una masa de agua hipotética que intercambiará la misma cantidad de calor que dichos elementos. Para ello se vierte en el calorímetro una masa de agua, se deja estabilizar y luego se mide la temperatura. Se calienta (en otro recipiente) una masa de agua y se le mide su temperatura. A continuación se vierte rápidamente esta masa de agua caliente en el calorímetro, tapando éste inmediatamente. Finalmente, se lee la temperatura de equilibrio Tf. Luego:
(3) Donde (T 2>T f >T 1)
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3.
MONTAJE EXPERIMENTAL
Materiales y Equipo - Calorímetro - Termómetro - Probeta - Calentador eléctrico - Embudo de vidrio - Balanza electrónica
Figura 1. Esquema del calorímetro y accesorios
4. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL 1. Introducir en el calorímetro una masa de agua, con m 1 entre 200 y 300 cm (previamente medida en la probeta graduada). Introduzca en el calorímetro el agitador y tápelo. 2. Mida la temperatura hasta que se estabilice en T 1. Continuamente agitar el agua. 3. Viértase en el calentador eléctrico entre 200 y 300 cm 3 de agua, m 2 (previamente medida en la probeta graduada). Luego conecte el calentador eléctrico, introduzca el termómetro, agite continuamente hasta que marque una temperatura T 2 superior a 60°C (60 a 70°C) Desconecte el calentador. 4. Cuando la temperatura deseada se estabilice en T 2, rápidamente vierta el agua del calentador en el calorímetro. Tape el calorímetro y agite la mezcla, lea y anote la temperatura de estabilización pasados unos instantes. 5. Calcule los valores de la cantidad de calor cedido y calor ganado. Con los datos y valores anteriormente obtenidos complete la tabla 1. Es conveniente que las dos masas sean similares (una masa muy grande va a predominar con su temperatura y ∆T será muy pequeño). También es importante ocupar el volumen del calorímetro lo máximo posible.
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5. ANÁLISIS Y CÁLCULOS •
Defina la caloría, el calor específico de una sustancia y la capacidad calorífica de un cuerpo.
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¿Tiene sentido hablar de la capacidad calorífica de una sustancia?
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¿Por qué es usual expresar la capacidad calorífica de un calorímetro en “gramos de agua”?
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Analice los resultados obtenidos y exponga las conclusiones que considere importantes.
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De ejemplos de aplicación ingenieril sobre este fenómeno.
BIBLIOGRAFÍA • • • •
Streeter, Victor; Wylie, E. Benjamín; Bedford, Keith W. Mecánica de Fluidos. Mc Graw Hill. Novena Edicion. 2000. Tomas, A. Moore, Física Seis Ideas Fundamentales. MCGRAW HILL. University Laboratory Experiments Physics. Volumen 1. Edición 94/95.
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