Universidad Tecnológica de Panamá Facultad de Ingeniería Eléctrica
Experimento N°7: Calorimetría
Integrantes: Henry Molina 3-742-325 Joel Torres 8-936-1563 Ariel Vallejos Vallejos 8-944-2308 8-944-2308
Grupo 1IE701 (A)
Mesa A, Gaveta #43
Prof. José Falconett
Día del laboratorio: lunes 4 de junio
Horario 9:30-11:55 A.M.
Fecha de Ejecución del Laboratorio: lunes, 11 de junio
Objetivo General
Realizar cálculos calorímetros para determinar cambios de energía y entalpia obtenidos en un calorímetro tipo taza de café. Objetivos Específicos
1. Construir un calorímetro con materiales desechables (vaso de sopa) 2. Determinar la capacidad calorífica del calorímetro a través del proceso de calibración. 3. Determinar el calor de fusión del hielo utilizando un un calorímetro tipo taza de café. Marco Teórico
Calor especifico: es la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de una unidad de masa de una sustancia en un grado. Capacidad calorífica: la capacidad calorífica de un cuerpo es el cociente entre la cantidad de energía calorífica transferida a un cuerpo o sistema en un proceso cualquiera y el cambio de temperatura que experimenta. En una forma menos form al es la energía necesaria para aumentar una unidad de temperatura (SI: 1 K) de una determinada sustancia, (usando el SI) Calor: energía que se manifiesta por un aumento de temperatura y procede de la transformación de otras energías Masa: es una magnitud que expresa la cantidad de materia de un cuerpo, medida por la inercia de este, que determina la aceleración producida por una fuerza que actúa sobre él. Es una propiedad intrínseca de los cuerpos que determina la medida de la masa inercial y de la masa gravitacional
Investigación previa
1. Enumere los fenómenos calorimétricos que conozca, así como aplicaciones de interés de los mismos. Transferencia de energía: preparación de alimentos, fundición de metales, mediciones de temperatura. Perdida de energía calórica: alimentos o bebidas calientes expuestos a temperatura ambiente durante un periodo de tiempo considerable, metales a altas temperaturas cuando seles enfría bruscamente con agua. Ganancia de energía calórica: el cuerpo humano al realizar los procesos metabólicos, bebidas o alimentos fríos o congelados expuestos a temperatura ambiente o superiores para que estos ganen calor y se descongelen.
2. Conciba algún sencillo experimento que muestre como las sensaciones táctiles que los objetos producen pueden ser contradictorias, erróneas. Coloca una silla de madera y una silla metálica en un mismo espa cio, que mantenga una temperatura constante y notará que al tacto la silla metálica se sentirá más fría que la de madera, sin embargo, estas últimas se encuentran en un mismo espacio a una misma temperatura. 3. Enumerar los estados en que se presenta la materia y exponer las ideas cualitativas que se posean acerca de los cambios de estado. Solido Liquido Gaseoso Plasma La materia puede llegar a sufrir cambios de estado conforme se den los cambios de temperatura y a su vez que la materia en e n cuestión tenga la capacidad de tolerar este cambio de temperatura. Habiendo dicho esto podemos decir que es posible que un reactivo en estado sólido podría saltarse el estado líquido y gaseoso pasando así a ser plasma si es expuesto a muy altas temperaturas, o que un gas podría saltarse el estado líquido y pasar a formar un sólido. Los cambios de estado pueden variar dependiendo de con que finalidad lo hagamos ya sea el caso de un helado que para congelarlo sin que se formen cristales de hielo este es expuesto a una temperatura realmente baja con una corriente de aire para extraerle todo el calor y que este se congele al instante.
4. Exponer con claridad las ideas de fusión, vaporización, evaporación, ebullición, sublimación, solidificación y licuefacción. La fusión es un proceso físico que consiste en el cambio de estado de la materia del sólido al líquido por la acción del calor. Cuando se calienta un sólido, se transfiere calor a los átomos, los cuales vibran con más rapidez a medida que ganan energía. La vaporización es el nombre que recibe el proceso en el cual un fluido pasa del estado líquido al gaseoso, es decir, como consecuencia de la acción del calor sobre el líquido en cuestión es que el líquido asumirá el estado de gaseoso. La evaporación es un proceso físico que consiste en el paso lento y gradual de un estado líquido hacia un estado gaseoso, tras haber adquirido suficiente energía para vencer la tensión superficial. Este proceso pro ceso se puede dar a cualquier temperatura. La ebullición es un proceso físico en el que un un líquido pasa a estado gaseoso. Se realiza cuando la temperatura de la totalidad del líquido iguala al punto de ebullición del líquido a esa presión. Si se continúa calentando el líquido, éste absorbe el calor, pero sin aumentar la temperatura el calor se emplea en la
conversión de la materia en estado líquido al estado gaseoso, hasta que la totalidad de la masa pasa al estado gaseoso. La sublimación es el proceso que consiste en el cambio de estado de sólido al estado gaseoso sin pasar por el estado líquido. consiste en el cambio de estado de la materia de líquido a sólido producido por una disminución en la temperatura o por una compresión de este material. Licuefacción o licuación. Es el paso de un componente u objeto, de un estado sólido o gaseoso a un estado líquido. Dentro de los procesos de licuefacción más conocidos se encuentran: la licuefacción de los gases, del suelo o de la tierra, del carbón, de la sangre, entre otras.
5. ¿Cuándo hay intercambio de calor? El intercambio de calor es la transferencia de energía entre diferentes cuerpos o diferentes zonas de un mismo cuerpo que se encuentran a distintas temperaturas. Este flujo siempre ocurre desde el cuerpo de mayor temperatura hacia el cuerpo de menor temperatura.
6. ¿Cuándo cesa el intercambio de calor? Esta transferencia de energía cesa cuando ambos cuerpos o zonas de intercambio alcanzan el equilibrio térmico.
7. ¿Cómo expresaría la ley cero de la termodinámica? La ley cero de la termodinámica expresa que cuando dos cuerpos están en equilibrio térmico con un tercer cuerpo, estos dos cuerpos iniciales tamb ién están en equilibrio térmico entre sí, aunque no estén en contacto. Esto se debe a que el tercer cuerpo es el que funciona como el conductor térmico entre los dos cuerpos iniciales.
Síntesis de laboratorio
Este laboratorio tuvo como finalidad el estudio y entendimiento de la calorimetría. El experimento permite obtener resultados de cálculos calorimétricos a partir de los datos que se obtienen en el proceso. Estos datos dependen de la precisión y cuidado con el que se realice el experimento, sin embargo, también tiene mucha importancia la correcta construcción del calorímetro hecho de materiales desechables. Con esta combinación se logra obtener resultados fiables con un margen de error pequeño.
Parte I. Construcción y calibración del calorímetro.
1. 2. 3. 4. 5. 6.
Peso del calorímetro Peso del calorímetro + agua fría Temperatura inicial del agua fría Temperatura del agua caliente Temperatura final de la mezcla Peso del calorímetro + mezcla
Cálculos 1.
T
del agua fría
2.
T
del agua caliente
3.
T
del calorímetro
155.83 g 243.50 g 21°C 99°C 54°C 326.20 g
4. Masa del agua fría
5. Masa del agua caliente
6. Calor absorbido por agua fría
7. Calor cedido por el agua caliente
8. Capacidad calorífica del calorímetro
Parte II. Calor de Fusión del hielo
Cuestionario
5. Comparte con tus compañeros fenómenos de la naturaleza donde es posible apreciar intercambio de energía.
La evaporación de los afluentes de agua, que luego se condensan y caen en estado líquido a la tierra.
El derretimiento de los polos
La temporada de huracanes y ciclones
Los cambios de temperatura producto de los cambios de temperatura que sufren las corrientes marinas
Los cambios de estaciones climáticas
6. En una medición calorimétrica, ¿Por qué es importante conocer la capacidad calorífica del calorímetro? Es importante saberlo ya que de esta forma nos podemos asegurar de que se escape la menor cantidad de calor posible y así obtener mediciones más precisas durante el experimento.
7. Cuál es la diferencia entre calor especifico y capacidad calorífica, ¿Cuál es una propiedad intensiva y cual extensiva?
Calor específico: Cantidad de calor necesario para elevar la temperatura de 1gr. de una sustancia en un grado
Capacidad calorífica: que se define como la cantidad la cantidad de calor necesaria para elevar un grado la cantidad de una mol de sustancia a considerar.
La diferencia es que el calor especifico es una propiedad intensiva. La capacidad calorífica depende de la cantidad de materia que se considere, por lo tanto, es extensiva.
8. En este experimento ¿Cómo determino que dos cuerpos han alcanzado el equilibrio equilibrio térmico? Se determina luego de realizarse una serie de mediciones de temperatura a cada minuto. Cuando estas mediciones registran una temperatura constante, se concluye que han alcanzado el equilibrio.
9. ¿Cuál es la diferencia entre q hielo y q f usión del hielo? La diferencia entre el q hielo y q fusión del hielo esta en que en ambos se toman en cuenta valores como masa del hielo y calor especifico. El valor que cambia entre estos es el cambio de temperatura, en el q hielo se utiliza, pero en el q fusión del hielo no se utiliza ya que no existe un cambio cambi o de temperatura, solo existe un cambio de estado.
9. Por qué para el cálculo de q hielo usamos el valor del calor especifico del agua liquida en lugar del calor especifico del hielo. Se utiliza el calor especifico del agua ya que lo que se está calculando es el q del hielo que se fundido. Esto significa que ahora es agua, lo que conlleva a utilizar el c.e. de esta. 11. Defina el termino entalpia molar de fusión. La entalpía de fusión o calor de fusión es la cantidad de energía necesaria para hacer que una mol de un elemento que se encuentre en su punto de fusión, pase del estado sólido al líquido, a presión constante.
12. Defina el termino calor latente. El calor latente es la energía requerida por una cantidad de sustancia para cambiar de fase, de sólido a líquido (calor de fusión) o de líquido a gaseoso (calor de vaporización).
13. Identifique las posibles fuentes de errores experimentales.
Mal ensamblaje del calorímetro Errores de medición Mal uso de instrumentos de laboratorio
Aplicación
1. ¿Qué cantidad de calor absorberían 2 Kg de agua para pasar de 22°C a 50°C?
2. ¿Cuál es el intercambio calorífico entre 100g de cobre y el medio que le rodea cuando dicha masa se enfría de 100 a 20°C? 3. En el interior de un calorímetro tenemos 200g de agua a 20°C. Al introducir un cuerpo de 50g calentado a 38°C, la temperatura de la mezcla pasa a ser de 22°C. ¿Cuál es el calor especifico de dicho cuerpo?
Recomendaciones
1. Tratar de ensamblar de la mejor manera el calorímetro. 2. En los momentos de adición de masas dentro del calorímetro, asegurarse de cerrarlo bien para evitar fugas de calor. 3. Revisar las mediciones de masa y temperatura mas de una vez para obtener un resultado confiable. 4. Seguir las instrucciones dadas en clase por el profesor y las presentadas en la guía de laboratorio. Conclusión
Infografía
https://diccionario.motorgiga.com/calor-especifico https://simplementefisica.wordpress.com/tercer-corte/capacidad-calorifica/ https://sites.google.com/site/fisicacbtis162/services/1-2-2-intercambio-de-calor https://www.fisicalab.com/apartado/principio-cero-termo https://www.youtube.com/watch?v=vb48Ew0q5Zw
