UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MEXICO.
Facultad de Química Laboratorio Termodinámica
Capacidad térmica
Integrantes: -Ramos Morales Francisco Zaid
Objetivo: Manejar y entender el concepto y diferencia de capacidad térmica y capacidad térmica especifica. Hipótesis: la capacidad térmica es propia de cada compuesto, si aplicamos la misma cantidad de energía a 2 materiales diferentes, el incremento de temperatura será diferente. Dado que esta propiedad depende de la naturaleza y masa del compuesto. Introducción: 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 más rigurosa, es la energía necesaria para aumentar la temperatura de una determinada sustancia en una unidad de temperatura.1 Indica la mayor o menor dificultad que presenta dicho cuerpo para experimentar cambios de temperatura bajo el suministro de calor. Puede interpretarse como una medida de inercia térmica. Es una propiedad extensiva, ya que su magnitud depende, no solo de la sustancia, sino también de la cantidad de materia del cuerpo o sistema; por ello, es característica de un cuerpo o sistema particular. Por ejemplo, la capacidad calorífica del agua de una piscina olímpica será mayor que la de un vaso de agua. En general, la capacidad calorífica depende además de la temperatura y de la presión. Material y reactivos. 5 cilindros de aluminio o de latón, 1 mechero, 1 termómetro de mercurio, 1 tripié, 1 termómetro digital, 1 tela de asbesto, 1 cronómetro, 1 probeta, 1 vaso de poliestireno de 250 mL con tapa, 1 baño de temperatura constante, 1 vaso de precipitados de 250 mL, Hilo de nylon Cuestionario previo
1. Si en una misma fuente de energía se colocan un gramo de agua y un gramo de metal y reciben la misma energía térmica, ¿cuál de las siguientes aseveraciones es correcta? a) el cambio de temperatura de ambas sustancias es el mismo b) el gramo de agua eleva más su temperatura c) el gramo de metal eleva más su temperatura 2. ¿Qué propiedad de los materiales permite responder la pregunta anterior? Capacidad térmica especifica 3. ¿Por qué el agua es un excelente refrigerante? Por que tiene una capacidad térmica alta 4. ¿Por qué durante el día la arena de una playa quema los pies y el agua de mar no? Por las noches, ¿cómo es la temperatura del agua con respecto a la de la arena? ¿Por qué? por que la arena de playa tiene una capacidad térmica menor que el agua. Y la temperatura del agua es menor que la de la arena, por sus diferentes valores de capacidad térmica.
Metodología experimental:
Capacidad térmica
Elegimos el sistema de estudio (metal desconocido).
Tomamos mediciones (temperatura)
Inicial y final
Metal
Agua
Obteniendo
∆ Metal
∆H2O
Teq °C
Calor específico
Resultados:
Determinación de la capacidad térmica. N° exp. 1 2 3 4
tH2Oi°C 19.7 19.9 20.5 19.7
tMi°C 40 62 80 92
Teq.°C 20.7 21.2 22.7 22.1
∆tH2O°C 1 1.3 2.2 2.4
∆tM°C -19.3 -40.3 -57.3 -69.9
QH2O(cal) 150 195 330 360
QM(Cal) -150 -195 -330 -360
Determinación de la capacidad térmica específica. N°exp
mM(g)
tH2Oi°C
tMi°C
Teq.°C
∆tH2O°C
∆tM°C
QH2O(cal)
QM(Cal)
CM(cal/°C)
1
4.3671
71
20.3
20.7
0.4
-50.3
60
-60
1.19
2
8.7473
71
20.3
21
0.7
-50
105
-105
2.1
3
13.4874
71
20.2
21.5
1.3
-49.5
195
-195
3.93
4
16.9935
71
20.4
21.8
1.4
-49.2
210
-210
4.26
5
21.3896
71
20.5
22.2
1.7
-48.8
255
-255
5.22
Cálculos: ∆tH2O= teq. – tH2Oi (∆tH2O›0) = 20.7-19.7=1 ∆tM= teq – tMi (∆tM‹0) = 20.7 – 40= -19.3 QH2O= (mH2O) (CH2O) (∆ tH2O)= (150mL) (1) (1)=150cal Ganado = -Cedido QH2O=-QM=QM= - QH2O = -150cal. CM=QM/∆tM=-60/-50.3=1.19
QM(cal) vs (∆tm°C) 0 -450
-300
-150
0 -18
QM(cal)
-36 -54 -72 -90
∆tM°C
Q(cal/°C) vs mM(g) 25
y = 0.0823x - 0.5826 R² = 0.9696
20
(
m 15 M g 10
) 5 0 0
50
100
150 QM(cal/°C)
200
250
300
Análisis de resultados: El éxito de esta práctica consistía en: -Volumen determinado de 150mL a temperatura ambiente - Calentar los cilindros a 40°C, 60°C, 80°C y punto de ebullición -sistema cerrado con paredes adiabáticas para alcanzar la temperatura de equilibrio. Los problemas que surgieron en nuestro experimento fueron: -Al medir el volumen no era siempre exacto en los 150mL. -Al calentar los cilindros en 60°C los calentamos a 62°C -Al no pasar los cilindros calientes rápidamente al agua a temperatura ambiente para homogenizar y así obtener la temperatura de equilibrio.
Clasificación de hipótesis. Parcialmente verdadera, no pudimos comprobar que depende de la naturaleza del material, mas sin embargo si se pudo corroborar la suposición de que el aumento de temperatura es función de la cantidad de masa a la que se le suministre energía. Aplicaciones: Industria. Algún diseño o portotipo de un motor de combustión interna necesita materiales que tarden en calentarse, por lo cual se requiere de un material de una capacidad térmica alta. Para fabricar un radiador se necesita un material de capacidad térmica especifica baja, para que absorba calor de forma rápida y lo disipe de forma rápida.
Investigación. Se podría requerir conocer las propiedades de algún tipo de metal o aleación, por lo cual es indispensable obtener valores acerca de su capacidad térmica. En el desarrollo de algún vehículo, como para explorar Marte, se necesitan materiales que resistan altas y bajas temperaturas, por lo cual es necesario trabajar con materiales cuyos valores de capacidad térmica sean adecuados. Vida cotidiana. En las ollas y sartenes se ocupa el concepto de capacidad térmica, tienen que estar hechos de materiales que faciliten el flujo de energía en forma de calor. En un boiler ocurre lo mismo que con las ollas, deben de estar hechos de un material con una capacidad térmica baja. Reflexionar y responder 1. ¿Cómo es la capacidad calorífica específica de las sustancias cuyo aumento de temperatura es mayor: grande o pequeña? Pequeña. 2. En los viejos tiempos era común llevarse objetos calientes a la cama en las noches frías de invierno. ¿Cuál de estos objetos sería más eficaz: un bloque de hierro de 10 kg o una botella con 10 kg de agua caliente a la misma temperatura? Explicar la respuesta. El agua, por que cede calor menos rápido que el bloque de hierro. 3. Dentro de un recipiente adiabático se ponen en contacto 100 g de oro a 100 °C con 12 g de cobre a 0 °C. Si la temperatura de equilibrio es de 73.5 °C y la capacidad térmica específica del oro es 6.147 cal/mol°C, ¿cuál es el valor de la capacidad térmica específica del cobre en calorías? 12.6 cal/g°C Conclusión personal Ramos Morales Francisco Zaid. En la presente práctica de capacidad térmica, pusimos en práctica los conceptos de calor, como el calor específico, que depende principalmente del tipo de material que se estudie, ya que esta propiedad varía de material a material. A lo cual, utilizamos este concepto para medir la cantidad de calor ganado y el calor cedido por los materiales dentro de nuestro sistema de estudio. Los resultados obtenidos, fueron satisfactorios, aun que no se descartan posibles errores, que radican en una pérdida de calor al momento de realizar la parte experimental, ya que para hacer entrar en contacto el metal con el agua, teníamos que sacar el metal a otro vaso, y el simple contacto con el aire, significa una pérdida de calor. Otros inconvenientes, fue que en un experimento sobrepasamos la temperatura establecida en el marco teórico. Pero en general, creo que hicimos un buen trabajo
Bibliografía -www.fisicanet.com.ar/fisica/.../ap10_calorimetria.php
19/10/2014
-www.neocorpwater.com/generalidades-sobre-el-agua-propiedades-fisicas-yquimicas.html 19/10/2014 -fisicoquímica para ciencias químicas y biológicas. Raymond Chang Tercera edición Publicación marzo 2008 EDITORIAL MAC GRAW HILL pág. 75
