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Descripción: Informe de laboratorio de Física 102 UMSA
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Descripción: LABORATORIO 6, EQUIVALENTE ELECTRICO DEL CALOR, RESPECTO AL TIEMPO
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informe de la materia de fisico quimita sobre una constante de un calorimetro ya sea una constante especifica
Descripción: descripción de dos métodos para la calibración de un calorimetro casero en el laboratorio
Prácticas de Física General - 1º Ingeniería Química - 1º Licenciatura en CC. Químicas
Página 1 _________________________________________DEPA!A"E#!$ DE F%&ICA APLICADA Francisc' (.#a)arr' 'drígue*
EQ+I,ALE#!E E# AG+A DE +# CAL$%"E!$. K (g de agua). Objetivos Comprender los intercambios de energía que ocurren hasta alcanzar un equilibrio térmico. Evaluar y medir el equivalente en agua de un calorímetro del laboratorio. Evaluar las uentes de error en la medida de !. • • •
Primera parte: Cálculo del equivalente en agua de un calorímetro. Fundamentos teóricos "l poner en contacto térmico dos sistemas " y # a distinta temperatura$ se alcanza el equilibrio térmico (ambos a la misma temperatura) tras un lu%o de calor desde el sistema caliente al río. El tiempo que tarda en alcanzarse este equilibrio térmico es variable. En el caso de líquidos que se mezclan$ el equilibrio se alcanza r&pidamente si agitamos. En el caso de un s'lido y un líquido el intercambio de calor es m&s lento ya que ocurre s'lo a través de la supericie del mismo. a agitaci'n avorece en ambos casos la disminuci'n del tiempo que tardamos en alcanzar dicho equilibrio.
>c (;C)
>E? (;C)
> (;C) a temperatura de equilibrio no es la temperatura media del s istema río y el caliente$ ya que depende de la masa de los sistemas " y # y de sus calores especíicos. ara evaluar la cantidad de calor transerido usaremos las e*presiones+ Calentamiento , enriamiento+ Q = m.c e . T f − T i = m.c e .∆T . • •
Cambio de estado+ Q =m. L $ donde es el calor latente de usi'n o ebullici'n de la sustancia que cambia de estado.
El criterio termodin&mico del signo para el calor transerido es el que se muestra en el esquema. -osotros para evitar traba%ar con cantidades negativas tomaremos siempre ∆T como temperatura "/0 menor la E-0.
Montaje, precauciones y procedimiento procedimiento experimental experimental 2emos de tener en cuenta que un calorímetro es un dispositivo ideado para estudiar las traserencias de calor entre dos o m&s sistemas. 3u dise4o debe ser adiab&tico (no intercambia calor con el sistema e*terior) y todas las transerencias energéticas tienen lugar entre los sistemas incorporados en su interior. 3in embargo$ la realidad es otra ya que los calorímetros e*perimentan intercambios de calor con el e*terior$ asi que tendremos en cuenta el eecto del calorímetro considerando que en vez de dos masas de agua son tres las involucradas. a masa equivalente de agua que represente térmicamente al calorímetro es lo que llamamos equivalente en agua (K) El procedimiento e*perimental es muy sencillo+ "4adir cierta masa (conocida) de agua del grio al calorímetro. a cantidad ser& apro*imadamente 1,5 del v olumen del calorímetro. Esperar un tiempo prudencial prudencial (167 min) a que el calorímetro y el agua ría lleguen a un equilibrio entre ambos ("l agua del grio no est& a temperatura ambiente). "4adimos agua caliente (apro*imadamente (apro*imadamente el doble que de ría) que podemos calentar a temperatura de 896:9;C o coger de la uente del pasillo e*terior.
•
•
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t (s)
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haya alcanzado el equilibrio$ y si esperamos demasiado$ el equilibrio de ha alcanzado pero comienzan a contar las pérdidas de calor de nuestro calorímetro.
Toma de datos y resultados 2emos de tener en cuenta que adem&s del agua ría$ el calorímetro también absorbe calor+
QCEDIDO = Q ABSORBIDO
mC ⋅ c H O ⋅ ( T C − T ) 2
=
m F ⋅ c H O ⋅ ( T −T F ) + mCAL ⋅ cCAL ⋅ ( T − T F ) 2
ero como no tiene sentido hablar del C especíico del calorímetro hablaremos de K (g de agua) que termodin&micamente hablando se comportan como nuestro calorímetro. "sí la e*presi'n resulta+
mC ⋅ c H 2 O ⋅ ( T C − T )
=
m F ⋅ c H 2 O ⋅ ( T −T F ) + K ⋅ c H 2O ⋅ ( T − T F )
/ por tanto+
mC ⋅ c H O ⋅ ∆T c 2
=
m F ⋅ c H O ⋅ ∆T F + K ⋅ c H O ⋅ ∆T F 2
2
$ de donde deducimos la e*presi'n que nos permite evaluar K+ K =
E*p.
m F
T F
mC
mc .∆T c ∆T F
T C
− m F
T
T C ∆
T F ∆
K
1 7 @ 5 A Balor medio de K En el caso de resultados muy dispares$ si es preciso se deben a4adir m&s ilas para rele%ar m&s e*periencias. as e*periencias de resultados muy dispares se rele%ar&n$ pero no se incorporar&n al valor medio.
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Segunda parte: Cálculo del error del equivalente en agua de un calorímetro. Interpretación. Bamos a abordar el error de K desde dos perspectivas dierentes+
Análisis estadístico de los resultados. 3uponiendo que K uese una magnitud directa.
1.
E*periencia -;=
K Balor medio
σ n −1
K i
x
Balor recogido
± 2σ x
x ± 3σ x
1 7 @ 5 A
2. Cálculo de errores. 1 "hora$ de una de las e*periencias (la que vosotros decid&is)$ vamos a evaluar en qué magnitudes comentemos m&s error. ara ello evaluaremos la aportaci'n () al error global de cada uno de los sumandos de ∆ K T = º C a. Magnitudes directas. δ m = g ; δ b. Magnitudes indirectas+ aplicaremos el método general de propagaci'n de errores. δ ∆T =
∂∆T ∂T 1
T 1 + .δ
∂∆T ∂T 2
T 2 =δ T 1 +δ T 2 .δ
$ habr& que tener en cuenta la precisi'n
del term'metro usado. K = ∆
∂ K ∂m C
m C + ⋅ δ
∂ K ∂∆T C
⋅ δ ∆T C +
∂ K ∂T F
⋅ δ ∆T F +
∂ K ∂m B
m B = =(cuatro ⋅ δ
sumandos) >ras desarrollar el polinomio de derivadas parciales podremos evaluar el error de cada uno de los cuatro sumandos= E*periencia
ESQUEMA DEL INFORME DE LA PRÁCTICA: ara no conundir el símbolo del error con el de incremento$ usaremos δ para determinar el error$ y ∆para intervalos.
1
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EQUIVALENTE EN AGUA DE UN CALORÍMETRO. ( )g de agua*. •
-ombre y apellidos de ls alumns del grupo
•
6 6 6 1. 2. .
•
Frupo+ Gecha en las que realiz' la pr&ctica+
E*plica con tus palabras el %undamento teórico de cada aspecto e*perimental. No copiar y pegar. +, -' ,"I/'S /' AS 0+I/A/'S /' ,S '$$,$'S. ealiza un esquema de cada monta%e e*perimental (7)$ indicando cada elemento que interviene y su unci'n dentro de la pr&ctica. recauciones e*perimentales que has tenido para minimizar errores los errores sistem&ticos. o E*plica en qué medida o aspecto crees que est&s cometiendo mayor error accidental. o o Cuestiones sobre el esquema e*perimental ( para qué sirve esto o aquello, papel que juega este elemento, tengo que tener en cuenta.)
Primera parte: Cálculo del equivalente en agua de un calorímetro. Fundamentos teóricos Montaje, precauciones y procedimiento experimental Toma de datos y resultados
E*p.
m F
T F
mC
mc .∆T c ∆T F
− m F
T C
T
T C ∆
T F ∆
K
1 7 @ 5 A Balor medio de K En el caso de resultados muy dispares$ si es preciso se deben a4adir m&s ilas para rele%ar m&s e*periencias. as e*periencias de resultados muy dispares se rele%ar&n$ pero no se incorporar&n al valor medio.
7
Puedes realizar una fotografía, copiar una imagen que encuentres o un dibujo a mano alzada del montaje.
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Segunda parte: Cálculo del error del equivalente en agua de un calorímetro. Interpretación. 1. Análisis estadístico de los resultados
E*periencia -;=
K Balor medio
σ n −1
σ x
K i
x ± 2σ x
Balor recogido
x ± 3σ x
1 7 @ 5 A
2. Cálculo de errores. @ "hora$ de una de las e*periencias (la que vosotros decid&is)$ vamos a evaluar en qué magnitudes comentemos m&s error. ara ello evaluaremos la aportaci'n () al error global de cada uno de los sumandos de ∆ K T = º C b. Magnitudes directas. δ m = g ; δ b. Magnitudes indirectas+ aplicaremos el método general de propagaci'n de errores. ∆T = δ
∂∆T ∂T 1
.δ T 1 +
∂∆T ∂T 2
.δ T 2 =δ T 1 +δ T 2
H
(2abr& que tener en cuenta la
precisi'n del term'metro usado) ∆ K =
∂ K ∂m C
⋅ δ m C +
∂ K ∂∆T C
⋅ δ ∆T C +
∂ K ∂T F
⋅ δ ∆T F +
∂ K
⋅ δ m B =
∂m B
ContinIa con la derivada hasta obtener los cuatro sumandos. >ras desarrollar el polinomio de derivadas parciales podremos evaluar el error de cada uno de los cuatro sumandos= Sumando 1
Sumando 2
Sumando
Sumando !
E*periencia
"alor
#
"alor
#
"alor
#
"alor
#
$esultado %inal & conclusiones .
ara no conundir el símbolo del error con el de incremento$ usaremos δ para determinar el error$ y ∆para intervalos.
@
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Balores obtenidos
Balor te'rico(D)
"alor redondeado
Error
'rror redondeado
(D) 3i se conoce.
Cuestiones: 1. dentiica todas las uentes de error+ 6 En el monta%e e*perimental 6 En el procedimiento 6 En las medidas 6 En el momento de tomar las medidas. 7. Lor qué es importante coger agua a temperatura ambiente en lugar de agua del grio como masa ríaM 3.
∆ K $
Lcu&l tiene mayor importancia y por quéM
5. G no demasiado distinta de >C. b. asa ría similar a la masa caliente. c. asa ría mucho menor que la mesa caliente. d. >G mucho menor que la >c e. >C mucho mayor que la >G. A. Lor qué nos interesa agitar al realizar la mezcla del agua caliente y agua ríaM L-os interesa agitar despacio o vigorosamenteM J. Calcular la cantidad de calor necesaria para convertir 199 g de hielo a 619;C en valor de agua a 199;C. E*presa el resultado en calorías y Nulios. O. 3i el calor anterior lo aportase un caleactor de rendimiento 89 y potencia caloríica 1A99 !cal , min$ Lcu&nto tiempo debería estar encendidaM 8. Pn cubo de hielo de masa A9 g se saca del rigoríico cuya temperatura es de 619;C y se de%a caer en un vaso de agua a 9;C. 3i no hay intercambio de calor con el e*terior$ Lcu&nta agua se solidiicar& sobre el cuboM dentiica previamente el sistema río y el caliente. :. E*plica los intercambios de calor que tienen lugar y que nos permitan e*plicar los hechos siguientes+ a. Cuando nos echamos alcohol en la mano$ éste se evapora$ sentimos río. b. Cuando hace río en el e*terior de un coche$ al cabo de un rato de estar ocupado$ los cristales se empa4an. c. Pn vaso con un reresco y con hielo acaba siempre mo%ado por uera. d. " pesar de que la alombra de ba4o y el suelo del ba4o est&n a la misma temperatura$ sentimos que el suelo est& río y la alombra no.
