UNIVERSIDAD TECNOLOGICA METROPOLITANA DEPART DEPAR TAMENTO DE MECANICA ME CANICA INFORME DE LABORATORIO
NOMBRE DEL LABORATORIO __________________ _________ ___________________ ____________________ ___________________ ____________________ _____________________ ___________________ _____________ ____
TITULO TITUL O DE LA EXPERIENCIA EXPERIENCIA __________________ _________ ___________________ ____________________ ___________________ ____________________ _____________________ ___________________ _____________ ____
Experiencia Nº
__ ________
Nombre del almno
Fecha de la exp. 17/0/!017 (((((((((((((((((((((((((((((((
C!"ar #ar$a" #ar$a" Ara%a
G"#p$ de la%$"a&$"'$
&ec'a de en(re$a )*+,-+), )*+,-+),./ ./ _____________ _______ _____________ ______________ ____________ _____
Firma del alumno
No(a con(rol en(rada __________ ______________________ ___________ __________________ _______
Nombre del pro0e"or
Nota de participación _________
No(a del in0orme _____________ Nota de la experiencia ________
SE RECOMIENDA AL ESTUDIANTE MEJORAR EN SU INFORME LA MA MATERIA TERIA MARCADA CON UNA X ____ Presentación
______Teoría ______Te oría fnda!ental
_____ Es"e!a instalación
____ M#todo experi!ental experi!ental ______ $aracterísticas t#cnicas _____ $%lclos& resltados& 'r%ficos de los e"ipos ____ $onclsion $onclsiones es OB(ER)A$IONE( ____________ ______ _____________ ______________ _____________ _____________ ______________ ______________ ______________ ______________ ______________ _____________ _____________ _________ __ ____________ ______ _____________ ______________ _____________ _____________ ______________ ______________ ______________ ______________ ______________ _____________ _____________ _________ __ ____________ ______ _____________ ______________ _____________ _____________ ______________ ______________ ______________ ______________ ______________ _____________ _____________ _________ __
(ANTIA*O& +,-./-+.01
UNIVERSIDAD TECNOLOGICA METROPOLITANA DEPARTAMENTO DE MECANICA
La%$"a&$"'$ Te")$d'*+)'ca Expe"'e*c'a N,! P$de" Cal$"-c$
C!"ar #ar$a" Ara%a Mi!rcole" )* de ma%o ),./
Pro0e"or1 2eba"(i3n Andr!" Tol4e(( Caro
*d'c
1INTRODUCCIN................................................................1 !O23ETIVOS DE LA E4PERIENCIA..........................................! !.1 O%5e&'6$ Ge*e"al...............................................................................! !.! O%5e&'6$ Epec-c$.........................................................................!
8MARCO TERICO...............................................................8 9INSTRUMENTOS : E;UIPOS E4PERIMENTALES....................< 9.1 Cal$"-)e&"$ de %$)%a PARR c$* '&e)a de '=*'c'>*?........................< 9.! C$)%#&'%le >l'd$ @#B?................................................................< 9.8 Ala)%"e #'%le PARR?.......................................................................7 9.9 C"'$l $ dep>'&$?.............................................................................. 7 9. Te")>)e&"$ de &e")$pa" $ &e")$c#pla.............................................. 9.< Aa=#a de&'lada?............................................................................... 9.7 Ta*#e de $x-=e*$ c$* "e=#lad$" de p"e'>*?..................................... 9. 2ala*Ha d'='&al?................................................................................. 9. C"$*>)e&"$?.....................................................................................
ES;UEMA DE INSTALACIN..............................................10 <PROCEDIMIENTO E4PERIMENTAL......................................11 7PRESENTACION DE DATOS...............................................1! DISCUSIN DE DATOS.....................................................1 CONCLUSIN..................................................................1< 102I2LIOGRAFA...............................................................17
1I*&"$d#cc'>* En e"(a experiencia ne"(ro ob5e(i4o 0e ob(ener el poder calor67co de n comb"(ible "8lido adem3" de comprender el 0ncionamien(o de lo" (ipo" de calor6me(ro" % en(ender la" 4ariable" in4olcrada" en el experimen(o9 an(e" de (odo e"(o deb6amo" comprender el concep(o de poder calor67co (“es la cantidad de energa !or unidad de masa o unidad de "olumen de materia #ue se !uede des!render al !roducirse una reacci$n #umica de o%idaci$n&'( Con
e"(o comprendimo" :e e"(a 4ariable "e (ra(aba del calor m3ximo prodcido por el comb"(ible a ra;8n del aire< Para ob(enerlo in(rodcimo" na pe:e=a can(idad de comb"(ible "8lido >"?!@ al cri"ol9 le$o preparamo" (odo en el calor6me(ro Parr para dar inicio a la (oma de da(o"< En e"(a experiencia (omamo" en con"ideraci8n al$na" 4ariable" como la (empera(ra del a$a la pre"i8n a la :e 0e in(rodcido el ox6$eno en la c3mara de comb"(i8n<
!O%5e&'6$ de la Expe"'e*c'a )<. Ob5e(i4o eneral Median(e el an3li"i" prac(ico de la experiencia comprender el concep(o de poder calor67co "perior e in0erior< )<) Ob5e(i4o" E"pec67co" Lo" ob5e(i4o" e"pec67co" a alcan;ar a (ra4!" de e"(a experiencia "on1 )<)<.Comprender como poder de(erminar lo" podere" calor67co" de di"(in(o" (ipo" de comb"(ible" median(e el an3li"i" (e8rico< )<)<)De(erminar experimen(almen(e el poder calor67co de n comb"(ible "8lido9 por medio de n Calor6me(ro PARR9 a 4olmen con"(an(e % con ox6$eno a na pre"i8n )- a(m<
8Ma"c$ Te>"'c$ )*ua la+oratorio termodin,mica II(
Mien(ra" ocrre la comb"(i8n la ener$6a :6mica :e proporciona el comb"(ible "e (ran"0orma en ener$6a moleclar cin!(ica o po(encial de lo" prodc(o"< El (!rmino :e "e "a para la ener$6a en lo" comb"(ible"9 "e dice :e e" la can(idad m3xima de calor :e "e ob(iene de lo" prodc(o" de la comb"(i8n comple(a9 dado a:ello "i lo" prodc(o" "e en0r6an a (empera(ra ori$inal de la me;cla de aire % comb"(ible "e pede ob(ener el poder calor67co< En el proce"o de en0riamien(o de lo" prodc(o" "e conden"a na par(e del 4apor de a$a9 "e$n en la" condicione" en :e "e realice< A par(ir de e"(e proce"o libera cier(a can(idad de calor9 el poder calor67co en n comb"(ible 4ar6a en(re n 4alor m6nimo cando no 'a% conden"aci8n del 4apor de a$a % n 4alor m3ximo cando el 4apor de a$a e" conden"ado comple(amen(e< El poder calor67co de pede de7nir como La can(idad de calor prodcida por la comb"(i8n comple(a de n comb"(ible dado9 "poniendo :e "e en0r6an 'a"(a la (empera(ra inicial< La" nidade" del poder calor67co para comb"(ible" "8lido" % l6:ido" e" Cal+$ % para lo" $a"eo"o" e" Ca+m< .< P$de" cal$"-c$ #pe"'$"? e" la can(idad de calor $enerado por la comb"(i8n comple(a del 4olmen o ma"a de comb"(ible9 e"(ando en condicione" e"(3ndar1 . Tempera(ra del aire % comb"(ible a )-C< ) Pre"i8n a . a(m< Lo" prodc(o" de la comb"(i8n 'alla a$a en e"(ado l6:ido< )< P$de" cal$"-c$ '*e"'$"? e" la can(idad de calor $enerado por n comb"(ible9 con"iderando la" mi"ma" condicione" pero con la di0erencia :e el e"(ado del a$a debe e"(ar en e"(ado $a"eo"o<
Experimen(almen(e por medio de calor6me(ro" para comb"(ible" "8lido"9 l6:ido" % $a"eo"o"< 2e mide (ran"7riendo ener$6a :e $eneral el comb"(ible a o(ro elemen(o >a$a9 acei(e9 alco'ol9 e(c<@< . Cal$"-)e&"$ pa"a c$)%#&'%le >l'd$? %a :e 4ar6a la (empera(ra del a$a %a :e a e"(e "e le (ran"7ere ener$6a9 "e debe medir FT< Para e"(e proce"o "e "a na bomba calorim!(rica :e :ema comb"(ible a 4olmen con"(an(e< El comb"(ible9 c%o 4alor "e de"ea de(erminar< En n cri"ol "e in(rodce n alambre 7no c%a 7nalidad e" calen(ar"e % 'acer comb"(i8n con el comb"(ible "8lido den(ro del cri"ol9 e"(e "e car$a con ox6$eno a pre"i8n< La bomba e"(3 rodeada por na cami"a de a$a a 7n de ab"orber el calor de"arrollado por la comb"(i8n< La bomba (iene (ambi!n na cami"a ex(erior % n e"pacio de aire alrededor del recipien(e o cami"a de a$a cen(ral9 para minimi;ar la" p!rdida" de calor al ambien(e< An:e el a$a del recipien(e in(erior ab"orbe la ma%or porci8n de calor9 e"(e calor no e" el 4alor calor67co del comb"(ible9 por la" "i$ien(e" ra;one"1 < La bomba en "6 ab"orbe cier(o calor< *< Ga% in(ercambio de calor en la cami"a ex(erna< -< El alambre de i$nici8n libera cier(a ener$6a< H< Lo" prodc(o" de la comb"(i8n no "e en0r6an a la (empera(ra ori$inal< . Debido a :e la comb"(i8n "e prodce en ox6$eno9 "e alcan;a al(a (empera(ra9 lo :e re"l(a en la 0ormaci8n de 3cido" n6(rico" % "l0rico"<
P$de" cal$"-c$ $%e"6ad$?
E" el de(erminado en 0orma experimen(al en n calor6me(ro< En el ca"o de la comb"(i8n de n comb"(ible "8lido pede "er expre"ado por la "i$ien(e expre"i8n9 en 0nci8n de lo" da(o" ob(enido"< N =
E∗∆ T − A mc
D8nde1 N1 Poder calor67co "perior >cal+$r@
E1 Con"(an(e o capacidad calor67ca del calor6me(ro >)*,, cal+C@ A1 Calor (o(al apor(ado por el alambre 0"ible >)< cal+cm@ mc1 Ma"a de comb"(ible "8lido >$r@
C$""ecc'>* de la &e)pe"a&#"a '*'c'al )+x')a e* la %$)%a cal$"')B&"'ca? 2e deben 'acer al$na" correccione" para poder calclar el poder calor67co de la me"(ra9 debido a la" 4ariacione" de (empera(ra" dran(e en proce"o< En el inicio del periodo el a$a :e e"(3 en el e"(an:e e"(3 m3" 0r6a :e la del ambien(e por lo :e e"(3 ab"orbiendo calor del ambien(e9 mien(a" (an(o9 al alcan;ar la (empera(ra m3xima e"(e ad:iere n ma%or calor % le (ran"7ere al ambien(e< .
La (ran"ici8n del periodo en :e "e ab"orbe calor a a:el en :e "e pierde9 "e (ili;a cando el amen(o de la (empera(ra 'a alcan;ado el H, del amen(o (o(al >4alor experimen(al@< Por lo (an(o9 la (empera(ra de (ran"ici8n >Tr@9 "e calcla como1 (
)
T r =T i+ T max −T i ∗ 0,6
Donde1 ) Tr1 Tempera(ra de (ran"ici8n< Tmax1 Tempera(ra m3xima alcan;ada >"in corre$ir@< * Ti1 Tempera(ra inicial >"in corre$ir@ o de i$nici8n< )
El (iempo corre"pondien(e a la (empera(ra de (ran"ici8n >b@9 "e de(ermina in(erpolando lo" 4alore" ob(enido"9 pr8ximo" a la (empera(ra de (ran"ici8n9 como lo me"(ra la (abla .<
}} = {{T} rsub {r} - {T} rsub {1}} over {b- {t} rsub {1}} ¿ 15 T 2−T 1
¿
D8nde1 (. corre"ponde al (iempo de la (empera(ra T.
Para calclar la 4erdadera (empera(ra inicial >(empera(ra inicial corre$ida9 T @9 "e aplica la proporci8n< ic
}} = {{T} rsub {ic} - {T} rsub {i}} over {b-a} ¿ 5 T i − T 1
¿
Expre"ando b J a9 en min(o" % d!cima" de min(o"< Por lo (an(o9 }} 5 T ic =T i+
*
¿
( T − T 1 )( b− c ) ¿ i
La (empera(ra m3xima corre$ida > de(ermina del mi"mo modo<
T maxc
@9 "e
}} = {{T} rsub {maxc} - {T} rsub {max}} over {(c-b)} ¿ 5 T maxc −T 3
¿
Expre"ando c K b9 en min(o" % d!cima" de min(o"< Por lo (an(o9 }} 5
T maxc=T max +
¿
(T max −T 3)( c −b ) ¿
∆ T =T maxc −T ic
9I*&"#)e*&$ e#'p$ expe"')e*&ale *<. Calor6me(ro de bomba PARR con "i"(ema" de i$nici8n1 In"(rmen(o :e "ir4e para medir la" can(idade" de calor proporcionada" al a$a por el comb"(ible :e e"(3 den(ro de la 43l4la< E"(e e"(3 compe"(o de do" c3mara"9 la primera "e (ra(a de la c3mara en la cal "e prodce la comb"(i8n del comb"(ible "8lido9 la "e$nda c3mara con(iene n 4olmen de a$a :e en e"(a experiencia "er3 de ) l("< E"(a" do" c3mara" e"(3n "eparada" por na pared
de me(al :e (ran"7ere el calor de la comb"(i8n al a$a9 amba" c3mara" e"(3n ai"lada" para di"minir la (ra"0erencia de calor al ambien(e9 el calor6me(ro Parr con"(a de n a$i(ador :e cmple con el ob5e(i4o de 'omo$eni;ar el ?ido % (ambi!n cen(a n "i"(ema de i$nici8n el!c(rico el :e prodce el c'i"pa;o :e da inicio a la comb"(i8n<
*<) Comb"(ible "8lido >"?!@1 . $ramo de "?! come"(ible<
*< Alambre 0"ible PARR1 ., cm de 'ilo de me(al :e "e "a para conec(ar la (ermocpla con el in(erior del calor6me(ro % 'acer con(ac(o con el "?! para 'acer comb"(i8n<
*<* Cri"ol o dep8"i(o1 E" n dep8"i(o 'ec'o para "opor(ar al(a" (empera(ra" en " ca4idad "e depo"i(a el comb"(ible :e en e"(a experiencia 0e "?!<
*<- Term8me(ro de (ermopar o (ermocpla 1 Con"(a de do" cable" de me(ale" nido" a cada ex(remo de cada pila o ba(er6a (ermoel!c(rica :e prodce n 4ol(a5e :e 4ar6a con la (empera(ra de la conexi8n e"(o "e denomina e0ec(o Pel(ierK2eebec< Mide de"de lo" K),,ºC 'a"(a lo" .-,,ºC< Exi"(en do" (ipo" de e"(o" (erm8me(ro"
de "onda % pene(raci8n< En e"(a experiencia ocpamo" el de "onda<
Term$metro de termocu!la de !enetraci$n termocu!la de sonda
Term$metro de
*
*
*< Balan;a di$i(al1 Di"po"i(i4o elec(r8nico para ma"ar el "?! den(ro del cri"ol<
*< Cron8me(ro1 Di"po"i(i4o para medir (iempo9 en e"(a experiencia "e "8 n (el!0ono m84il como cronome(ro<
E#e)a de I*&alac'>*
Es#uema calorim-trico .arr
Es#uema +om+a calorim-trica de do+le ",l"ula
<P"$ced')'e*&$ Expe"')e*&al Lo primero :e procedimo" a reali;ar 0e el ma"ado del comb"(ible "8lido en la balan;a di$i(al el cal deb6a "er de . $ramo9 e"(o lo reali;amo" ma"ando primero el recipien(e :e con(endr6a al comb"(ible "8lido >cri"ol@ % le$o lo ma"amo" :e en con(enido con e"(o 'icimo" el de"cen(o de la ma"a del recipien(e % ob(4imo" el $ramo :e nece"i(3bamo"9 le$o con la a%da del encar$ado de labora(orio "e reali;8 la in"(alaci8n del alambre de 0"ible Parr en(re lo" do" elec(rodo" para po"(eriormen(e "er in(rodcido den(ro del comb"(ible "8lido "in :e (o:e la" parede" del recipien(e al 7nali;ar e"(e procedimien(o cerramo" la bomba con mc'o cidado (eniendo la precaci8n de no de5ar caer ni 'medecer el comb"(ible9 "e coloc8 la (erca % "e "ecaron bien la 43l4la" % reali;amo" la car$a de la bomba con ox6$eno a )- a(m9 in"(amo" la bomba den(ro del recipien(e % "e colocaron lo" ) li(ro" de a$a de"(ilada no" a"e$ramo" :e la bomba :edara comple(amen(e "mer$ido9 conec(amo" el "i"(ema de encendido a lo" borne" de la bomba % (apamo" el calor6me(ro e in"(alamo" el a$i(ador % la (ermocpla iniciamo" el proce"o de (oma de da(o" en el momen(o :e la (empera(ra del a$a alcan;o el e:ilibrio con el a$i(ador 0ncionando9 de"de a:6 (omamo" la medida de la (empera(ra cada n min(o dran(e min(o" en el min(o - pre"ionamo" el bo(8n de encendido la l; "e encendi8 % lo "ol(amo" a:6 e"peramo" al min(o H en donde la (oma de da(o" "e reali;aba cada .- "e$ndo" 'a"(a lle$ar al min(o / de"de a:6 "e 4el4e a (omar lo" da(o" cada . min(o 'a"(a alcan;ar la (empera(ra m3xima al alcan;arla "e (omara - da(o" m3" cada min(o para apreciar la en(re$a de calor al medio ex(erno< Tra" 7nali;ado la (oma de da(o" de(enemo" el a$i(ador % de"conec(amo" (oda" la" conexione" el!c(rica"9 re(iramo" la (apa del calor6me(ro % ex(ra5imo" la bomba la "ecamo" cidado"amen(e % abrimo" poco a poco la 43l4la de e"cape para :e e"cara el ox6$eno :e no "e con"mi8 en la
comb"(i8n9 re(iramo" la (apa de la bomba % 4eri7camo" la exi"(encia de a$a conden"ada % la ex(ra5imo" % medimo" " ma"a con n papel "eco (ambi!n comprobamo" la exi"(encia de o(ro" (ipo" de re"ido" % la 0ormaci8n de 3cido"< Limpiamo" % "ecamo" (odo % dimo" por 7nali;ada la experiencia con lo" da(o" ob(enido" en e"(a "e reali;8 n $r37co % el c3lclo de la" correccione"
7P"ee*&ac'$* de da&$
T'e)p$ @)'*
Te)pe"a&#"a @,C
Va"'a%le
, .-9 . .H9. ) .H9. .H9, * .H9, - .H9. H min % ."ec H min % , "ec H min % *"ec
T' @,C
H ./9./9*
T1 @,C
./9
T! @,C
./9 / .9) .9 .9-
., .9.. .9.) .9. .9.* .9-
T)ax @,C
.- .9.H .9-
T8 @,C
Ta+la /0 Da(o" ob(enido" del experimen(o
Para reali;ar lo" c3lclo" de la" 4ariable" Ti9 Tr9 Tmax9 Tmaxc9 Tic9 FT9 a9 b % c< Donde1 Ti Tempera(ra inicial "in corre$ir o de i$nici8n< T Tempera(ra de (ran"ici8n< Tmax Tempera(ra m3xima alcan;ada "in corre$ir< Tic Tempera(ra inicial corre$ida< FT #ariaci8n de (empera(ra en(re la inicial % la m3xima< a Tiempo en el cal "e da la i$nici8n< b Tiempo de la (empera(ra de (ran"ici8n c Tiempo en el cal "e alcan;a la Tmax< (. Tiempo en donde "e encen(ra T.< Con lo" da(o" ob(enido" por la (abla1 r
T i =16.1 ºC
T max=18.5 ºC
(
)
T r =T i+ T max −T i ∗ 0,6 T r =17.5 ºC
Calclo de b T 1 =17. ºC T 2 =17.8 ºC
}} = {{T} rsub {r} - {T} rsub {1}} over {b- {t} rsub {1}} ¿ 15 T 2−T 1
¿
b =6 min y 20.3 sec
Calclo de Tic }} 5
T ic =T i+
¿
( T i− T 1 )( b− c ) ¿
T ic =16.7! ºC
Calclo de Tmaxc }} 5
T maxc=T max +
¿
(T max −T 3)( c −b ) ¿ T maxc=¿
Calclo el
.<- ºC
∆ T
∆ T =T maxc −T ic
∆ T =1.71 ºC
Calclo del poder calor67co ob"er4ado
N =
E∗∆ T − A mc
N =¿
*.,.
Poder Calor67co >N@ NQcal+$r EQcal+ºC AQcal+cm
mcQ$r FT
*.,.9/ )*,,9, )9 .9, .
Ta+la 10 2aria+les de !oder calor3co
T >ºC@ 4" (>min@ .<, .<, ./<,
Tempera(ra >ºC@
.H<, .-<, .*<,
,
)
*
H
.,
.)
.*
.H
.
Tiempo >min@ *ra3co /0 2ariaci$n de tem!eraturas res!ecto al tiem!o&
*ra3co 10 2ariaci$n de tem!eraturas modelo ideal&
D'c#'>* de da&$ La (abla . me"(ra la 4ariaci8n de (empera(ra >ºC@ re"pec(o al (iempo >min@ del a$a den(ro del calor6me(ro< Donde la (empera(ra m3xima >.<-ºC@ "e alcan;a a lo" min(o"9 a di0erencia de lo" .. min(o" :e "e e"peci7ca en la $6a de labora(orio9 donde "e
ob"er4a :e en e"e (iempo la (empera(ra permanece con"(an(e 'a"(a el 7nal de la (oma de da(o" po"iblemen(e por la ba5a (ran"0erencia de calor 'acia el en(orno< Con"e$ido e"(o" da(o" inicie el c3lclo de la" 4ariable" in4olcrada" ob(eniendo la (empera(ra m3xima corre$ida > Tmaxc@ :e debido :e la (empera(ra permaneci8 con"(an(e e"(a e" la mi"ma :e T < Ob(eniendo la (empera(ra m3xima corre$ida % la (empera(ra inicial corre$ida9 "e ob(iene FT< Dado e"(a di0erencia de (empera(ra" el poder calor67co para lo" comb"(ible" "8lido" e" ob(enido< >#er (abla )@ max
A par(ir de la comparaci8n de lo" $r37co" >. % )@ "e pede apreciar :e po"een na cr4a m% "imilar "al4o por pe:e=a" 4ariacione" en al$no" pn(o" :e peden "er pro4ocado" por errore" experimen(ale"<
C$*cl#'>* E"(a experiencia de labora(orio no" permi(i8 conocer % en(ender el mon(a5e % 0ncionamien(o de n calor6me(ro Parr median(e n an3li"i" experimen(al de e"(e9 con el cal pdimo" 'allar el calor de la comb"(i8n de n $ramo de "?! a 4olmen con"(an(e< Tra" 7nali;ada e"(a experiencia con"(a(amo" la exi"(encia de l6:ido en 0orma de re"ido ,< $ramo" para "er exac(o" prodc(o de la comb"(i8n el cal no" deme"(ra :e "e (ra(a de n poder calor67co "perior< Por ob"er4aci8n no(amo" :e 'bo na a"encia de 'oll6n al meno" de manera 4i"ible9 "i pdimo" apreciar la pre"encia de re"ido" ad'erido" a la" parede" del cri"ol9 (eniendo e"(a" con"ideracione" en cen(a podr6amo" a7rmar :e 0e na comb"(i8n comple(a "poniendo :e en lo" $a"e" :e e"caparon en el momen(o de la aper(ra de la c3mara de comb"(i8n 'a%a 'abido n exce"o de ox6$eno lo :e demo"(rar6a la a7rmaci8n an(erior< Median(e n mi"mo an3li"i" podr6amo" de(erminar el poder calor67co de di"(in(o" (ipo" de comb"(ible" "8lido"9 en e"(a oca"i8n el "?! no" en(re$a n poder calor67co de *<. >cal+$r@ na can(idad m% ba5a comparada con o(ro" (ipo" de comb"(ible" (ili;ado" en la ind"(ria<
102'%l'$="a-a K6a experiencia nº)1 poder calor67co9 (ermodin3mica II9 UTEM Calor6me(ro Parr1 '((p1++SSS
