UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MEXICO.
Facultad de Química Laboratorio Termodinámica Equivalencia calor-trabajo
Integrantes: -Ramos Morales Francisco Zaid
Objetivo:
Encontrar la relación directa entre el trabajo eléctrico y el calor generado por el trabajo. Hipotesis: Al hacer pasar corriente electrica por una resistencia esta realizara un trabajo que generara calor. Introduccion: El concepto de equivalente mecánico del calor hace referencia a que el movimiento y el calor son mutuamente intercambiables, y que en todos los casos, una determinada cantidad de trabajo podría generar la misma cantidad de calor siempre que el trabajo hecho se convirtiese totalmente en energía calorífica. El equivalente mecánico del calor fue un concepto que tuvo un papel importante en el desarrollo y aceptación del principio de la conservación de la energía y en el establecimiento de la ciencia de la termodinámica en el siglo XIX.
1.Dentro de las formas de manifestación de la energía se encuentran la energía térmica y la energía mecánica, definelas y da sus unidades. Energía térmica: A nivel microscópico y en el marco de la Teoría cinética, es el total de la energía cinética media presente como el resultado de los movimientos aleatorios de átomos y moléculas agitación térmica, que desaparecen en el cero absoluto. Se mide en Joules. Energia mecánica: Se puede definir como la forma de energía que se puede transformar en trabajo mecánico de modo directo mediante un dispositivo mecánico
2. ¿Existe alguna relación entre la conservación de la energía y el equivalente mecánico del calor? Si, dado que el parte del trabajo mecanico es convertido a calor, se conserva la energía. 3. ¿Qué es un calorímetro a presión constante, volumen constante y temperatura constante? ¿Para qué se usan? Para determinar la cantidad de calor que se puede obtener de los compuestos haciéndolos reaccionar 4. ¿Qué es la constante de un calorímetro? ¿Para qué se usa? ¿Cómo se determina? Es la cantidad de calor que absorbe el calorímetro por si solo, se usa para realizar cálculos mas exactos y se determina ocupando datos ya conocidos que sustituimos en las ecuaciones. 5. ¿Qué es el equivalente mecánico del calor? la cantidad de trabajo necesario para producir una cantidad de energía.
Metodología experimental:
Equivalencia calor-trabajo
Elegimos el sistema de estudio (metal desconocido).
Tomamos mediciones (temperatura)
Inicial y final
Metal
Agua
Obteniendo
∆ Metal
Teq °C
∆H2O
Resultados:
Determinación de la capacidad térmica del calorímetro. MH₂O f= 200g
MH₂O c= 100g
C H₂O=1 cal/ g °C.
Calor específico
TH₂O f= 20.4°C
T H₂O eq= 38.2 °C
T H₂O c = 80 °C
Determinación del equivalente calor-trabajo N°exp
Tiempo (s)
Ti (°C)
Tf (°C)
∆t
1
10
21.2
26.8
2
20
20.4
3
30
4 5
(°C)
Welec(J)
Qabs(cal)
J=welec/Qabs (J/cal)
5.6
5547.94
2079.55
2.70
30.0
9.6
11095.89
3564.94
3.11
20.4
33.6
13.2
16643.84
4901.79
3.39
40
20.4
37.4
17
22191.79
5784.94
3.83
50
20.2
41.5
21.3
27739.73
7150.71
3.87
Cálculos: Calculo de K
(capacidad térmica del calorímetro) () ()
K=
K= 71.3483 cal/°C
K›0
(Equivalencia calor- trabajo) ∆t
= tf –ti= 26.8-21.2=5.6°C
Welec=ItV I=v/R=127v/29.1Ω=4.3664(C/s) V= (29.1Ω) (4.3664C/s) =127.06(J/C)
Welec= (4.3664(C/s) (10s)(127.06(J/C)=5,547.94J Qabs= MH₂O C H₂O∆t+K∆t Qabs= (300g) (1 cal/ g °C.)(5.6°C)+ (71.3483cal/°C) (5.6°C) =2.079.55cal J=w elec/Qabs J=5,547.94J/2,079.55Cal=2.70(J/Cal) Jprom=3.38 (J/cal)
% de error=4.459-3.38/4.459x100=24.19%
Qabs (cal) vs welec(J) 30000 y = 4.4597x - 4300.8 R² = 0.9937
25000 20000 ) J ( c e 15000 l e W 10000 5000 0 0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
Qabs(cal)
Análisis de resultados:
El éxito de esta práctica consistía en: -Volumen determinado de 200 mL a temperatura ambiente y 100 mL a › de 80°C -sistema cerrado con paredes adiabáticas para alcanzar la temperatura de equilibrio en este caso se utilizo el calorímetro dewar por lo tanto su pared interior es diatérmica.
Los problemas que surgieron en nuestro experimento fueron: -Al medir el volumen no era siempre exacto. -Al no pasar el agua calientes rápidamente al agua a temperatura ambiente para homogenizar y así obtener la temperatura de equilibrio.
- en este caso al pasar el agua de la probeta al calorímetro se derramo un poco.
-al medir la resistencia en 2 ocasiones no funcionaba correctamente. - al calentar el agua con respecto al tiempo no eran los segundos exactos siempre nos pasábamos un poco. - y a la hora de homogenizar tal vez no esperábamos el tiempo correcto para alcanzar la temperatura en equilibrio.
Clasificación de hipótesis. Al realizar trabajo electrico en la resistencia, se observo un incremento en la temperatura del agua lo cual nos indica que existe transferencia de la resistencia, por lo cual nuestra hipotessis resulto cierta. Aplicaciones: Industria. Se podría aplicar a procesos industriales en los cuales sea difícil calcular calores o temperaturas, a lo cual se podría ocupar el principio de equivalente calor del trabajo. Podría ser que se requiera calentar algún material y que por cuestión de costos o viabilidad sea mejor hacerlo mediante una resistencia o mediante motores que hagan tr abajo mecanico. Investigación. Al calentar alguna solución puede ser necesario regular la temperatura de forma especial, a lo cual es mas viable hacerlo controlando el trabajo elctrico. Vida cotidiana. Al calentar agua con una resistencia, se ocupa el mismo principio de equivalente calor trabajo. En una cafetera que ocupa ese mismo principio para mantener caliente el café. Reflexionar y responder 1. Si el trabajo realizado es de un joule y éste se emplea exclusivamente en “calentar”, ¿cuál es el valor equivalente en calorías? 4.11 cal
2. En un calorímetro como el usado por Joule que contiene dos litros de agua (ρ = 1g mL-1) se ejan
caer diez veces dos pesas de mil gramos cada una, las cuales descienden quince metros. ¿Cuál es la variación de temperatura del agua en ºC? 0.08°C 3. En un recipiente de 250 g de aluminio (cAl = 0.212 cal g-1ºC-1) se colocan 500 mL de agua a 18 ºC y con una resistencia que opera a 400 W se calienta el agua hasta una temperatura de 30 ºC. ¿Cuánto tiempo (min) tarda la resistencia en calentar el agua (cagua= 1 cal g-1 ºC-1)? 5.7 min 4. ¿Qué es potencia eléctrica y qué unidades tiene? es la relación de paso de energía de un flujo por unidad de tiempo; se mide en watts
5. A partir de la ley de Ohm, la intensidad de corriente y la potencia, encontrar una relación entre la potencia, la resistencia y el voltaje.
6. ¿Cómo se miden la resistencia y el voltaje? La resistencia se mide en Ohms y el voltaje en volts Conclusión personal Ramos Morales Francisco Zaid. En la presente practica se establecen los conceptos de equivalencia calor-trabajo fue una practica de suma importancia e interés. Ya que se abarcan los conceptos de trabajo eléctrico y su eficiencia al momento de convertirse en calor. Encontramos la relación física entre estas resultantes. Observamos que experimentalmente, no todo el trabajo eléctrico sobre el sistema se t raduce en calor y viceversa, ampliamos el conocimiento propio acerca de estas propiedades y tomamos conciencia de su importancia y de sus aplicaciones al mundo de la química.
Bibliografía -www.labiografia.com/ver_biografia. 17/10/2014
5; 45 pm
-www.textoscientificos.com/fisica/calorímetro 17/10/2014 6; 04 -www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/.../joule.htm
-Apuntes de la práctica
-Manual de seguridad para el laboratorio
17/10/2014 7; 00
