laboratorio 4 de quimica UNI-FiaDescripción completa
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Practica de introduccion al diseño electrico - EE340Descripción completa
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Informe de laboratorio de quimica general del primer ciclo de ingenieria civilDescripción completa
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LABORATORIO 1: DETERMINACIÓN DEL CALOR ESPECÍFICO
I.
INTRODUCCIÓN
Como estudiantes preocupados por el conocimiento de la termodinmica !emos ela"orado este in#orme$ donde se presentara conocimientos re#erentes al calor especi#ico$ al i%ual &ue su de#inici'n$ o"(eto$ #ormulas ) aplicaciones$ Para lle%ar a la consecuci'n de los principales o"(eti*os se tomaron medidas con las !erramientas e instrumentos !a"ilitados en el la"oratorio +Lue%o de ello se procedi' a reali,ar las respecti*as$ clculos ) con#rontaci'n de resultados$ inclu)endo la determinaci'n de error porcentual$ !asta &ue por -ltimo se lle%ase a una conclusi'n de lo !ec!o en "ase a los o"(eti*os planteados en el comien,o de este escrito+
II.
OBJETIVOS
O./ETI0OS 1ENERALES Determinar el calor espec2#ico de los metales por el m3todo calorim3trico+ O./ET0OS ESPECIFICOS Determinar e4perimentalmente la constante del calor2metro$ usando el a%ua cu)o calor espec2#ico conocemos+ Determinar el calor espec2#ico del metal$ !a"iendo !allado la constante del calor2metro+
1
III.
MARCO TEORICO
La temperatura es una propiedad &ue tienen los cuerpos$ para determinar si estn o no en e&uili"rio t3rmico con otros+ Los instrumentos dise5ados para medir la temperatura se les conoce con el nom"re de 6term'metros6+ Para ele*ar la temperatura de un cuerpo se de"e a5adir a5adir calor ) la cantidad cantidad de calor 789 re&uerida re&uerida es proporcional proporcional a la masa m del cuerpo ) a la ele*aci'n de la temperatura :T+
Para con*ertir esta e4presi'n en una ecuaci'n$ introducimos el *alor de la constante c+
Esta constante c$ es una constante constante de proporcionalidad proporcionalidad ) se le denomina 6calor especi#ico6+
3.1Primera ley de la erm!di"#mi$a La primera le) de la termodinmica esta"lece una relaci'n entre la ener%2a interna del sistema sistema ) la ener%2a &ue intercam"ia con el entorno en #orma de calor o tra"a(o+ Determina &ue la ener%2a interna de un sistema aumenta cuando se le trans#iere calor o se reali,a reali,a un tra"a(o so"re 3l+ Su e4presi'n e4presi'n depende del criterio criterio de si%nos para sistemas termodinmicos ele%ido;
Donde; <= ; Incremento de ener%2a interna del sistema 7 <= > = #inal ? =inicial 9+ Su unidad de medida en el Sistema Internacional es el (ulio 7 / 9 8 ; Calor intercam"iado por el sistema con el entorno+ Su unidad de medida en el Sistema Internacional es el (ulio 7 / 9$ aun&ue tam"i3n se suele usar la calor2a 7 cal 9+ @ cal > +@B / ; Tra"a(o intercam"iado por el sistema con el entorno+ Su unidad de medida en el Sistema Internacional es el (ulio 7 / 9
3.%Pr!$e&! adia'#i$! En una trans#ormaci'n adia"tica no se produce intercam"io de calor del %as con el e4terior 78 > 9+ Se de#ine el coe#iciente adia"tico de un %as 79 a partir de las capacidades calor2#icas molares tomando distintos *alores se%-n el %as sea monoat'mico o diat'mico;
El %as se encuentra encerrado mediante un pist'n en un recipiente de paredes aislantes ) se de(a e4pansionar+
En este caso *ar2an simultneamente la presi'n$ el *olumen ) la temperatura$ pero no son independientes entre s2+ Se puede demostrar usando el Primer Principio &ue se cumple;
aciendo cam"ios de *aria"le mediante de la ecuaci'n de estado del %as ideal$ o"tenemos las relaciones entre las otras *aria"les de estado;
El tra"a(o reali,ado por el %as lo calculamos a partir de la de#inici'n$ e4presando la presi'n en #unci'n del *olumen;
Inte%rando se lle%a a;
La *ariaci'n de ener%2a interna se calcula usando la e4presi'n %eneral para un %as ideal;
Aplicando el Primer Principio;
Es decir$ en una e4pansi'n adia"tica$ el %as reali,a un tra"a(o a costa de disminuir su ener%2a interna$ por lo &ue se en#r2a+ En el proceso in*erso$ el %as se comprime 7G9 ) aumenta la ener%2a interna+
3.3Cal!r En termodinmica %eneralmente el
termino
simplemente
calor
si%ni#ica
trans#erencia
de
ener%2a+ Este #lu(o de ener%2a siempre ocurre
entre dos
sistemas$ de"ido a la di#erencia de temperatura+ El de ma)or temperatura cede calor al de menor+ Se le reconoce cuando se cru,a la #rontera de un sistema
termodinmico$ una *e, trans#erido se *uel*e parte de la ener%2a interna del sistema o de los alrededores+ se de"e distin%uir tam"i3n entre los conceptos de calor ) ener%2a interna de una sustancia+ El #lu(o de calor es una trans#erencia de ener%2a &ue se lle*a a ca"o como consecuencia de las di#erencias de temperatura+ La ener%2a interna es la ener%2a &ue tiene una sustancia de"ido a su temperatura$ &ue es esencialmente a escala microsc'pica la ener%2a cin3tica de sus mol3culas+ El calor se considera positi*o cuando #lu)e !acia el sistema$ cuando incre menta su ener%2a interna+ El calor se considera ne%ati*o cuando #lu)e desde el sistema$ por lo &ue disminu)e su ener%2a interna+ Cuando una sustancia incrementa su temperatura de TA a T.$ el calor a"sor"ido se o"tiene multiplicando la masa 7o el n-mero de moles n9 por el calor espec2#ico c ) por la di#erencia de temperatura T.?TA+
8>nc7T.?TA9
Cuando no !a) intercam"io de ener%2a 7en #orma de calor9 entre dos sistemas$ decimos &ue estn en e&uili"rio t3rmico+ Las mol3culas indi*iduales pueden intercam"iar ener%2a$ pero en promedio$ la misma cantidad de ener%2a #lu)e en am"as direcciones$ no !a"iendo intercam"io neto+ Para &ue dos sistemas est3n en e&uili"rio t3rmico de"en de estar a la misma temperatura+
3.(Cal!r e&)e$i*i$! El calor espec2#ico 7o capacidad calor2#ica espec2#ica9 es la ener%2a necesaria para ele*ar en un @ %rado la temperatura de @ H% de masa+ Sus unidades en el Sistema Internacional son /H% J+ En %eneral$ el calor espec2#ico de una sustancia depende de la temperatura+ Sin em"ar%o$ como esta dependencia no es mu) %rande$ suele tratarse como una
constante+ En esta ta"la se muestra el calor espec2#ico de los distintos elementos de la ta"la peri'dica ) en esta otra el calor espec2#ico de di#erentes sustancias+ Cuando se tra"a(a con %ases es "astante !a"itual e4presar la cantidad de sustancia en t3rminos del n-mero de moles n+ En este caso$ el calor espec2#ico se denomina capacidad calor2#ica molar C+
3.+Cal!re& e&)e$,*i$!& a )re&i-" $!"&a"e $P y a !l/me" $!"&a"e $V En una trans#ormaci'n a *olumen constante d=>d8>nc 0dT En una trans#ormaci'n a presi'n constante d=>nc PdT?pd0
Como la *ariaci'n de ener%2a interna d= no depende del tipo de trans#ormaci'n$ sino solamente del estado inicial ) del estado #inal$ la se%unda ecuaci'n se puede escri"ir como nc0dT>ncPdT?pd0 Empleando la ecuaci'n de estado de un %as ideal p0>nRT$ o"tenemos la relaci'n entre los calores espec2#icos a presi'n constante ) a *olumen constante c0>cP?R Para un %as monoat'mico =>KnRT Para un %as diat'mico =>nRT
c0>KR c0>R
cP>R cP>R
La *ariaci'n de ener%2a interna en un proceso A. es :=>nc07T.?T A9 Se denomina 2ndice adia"tico de un %as ideal al cociente >cPc0
3.0 I&!erma ! a em)era/ra $!"&a"e La cur*a p>cte0 &ue representa la trans#ormaci'n en un dia%rama p?0es una !ip3r"ola cu)as as2ntotas son los e(es coordenados+
Si&ema erm!di"#mi$! Es una parte del uni*erso &ue se a2sla para su estudio$ cuando se trata de a"ordar un estudio te'rico+ Puede ser; aislado 7no intercam"ia ni materia ni ener%2a9$ cerrado
7puede intercam"iar ener%2a pero no materia con el e4terior9$ a"ierto 7intercam"ia materia ) ener%2a con su entorno9
3.Tem)era/ra La Temperatura es una propiedad de la materia &ue est relacionada con la sensaci'n de calor o #r2o &ue se siente en contacto con ella+ Cuando tocamos un cuerpo &ue est a menos temperatura &ue el nuestro sentimos una sensaci'n de #r2o$ ) al re*3s de calor+ Sin em"ar%o$ aun&ue ten%an una estrec!a relaci'n$ no de"emos con#undir la temperatura con el calor+ Cuando dos cuerpos$ &ue se encuentran a distinta temperatura$ se ponen en contacto$ se producen una trans#erencia de ener%2a$ en #orma de calor$ desde el cuerpo caliente al #r2o$ esto ocurre !asta &ue las temperaturas de am"os cuerpos se i%ualan+ En este sentido$ la temperatura es un indicador de la direcci'n &ue toma la ener%2a en su trnsito de unos cuerpos a otros+ La medida El instrumento utili,ado !a"itualmente para medir la temperatura es el term'metro+ Los term'metros de l2&uido encerrado en *idrio son los ms populares se "asan en la propiedad &ue tiene el mercurio$ ) otras sustancias 7alco!ol coloreado$ etc+9$ de dilatarse cuando aumenta la temperatura+ El l2&uido se alo(a en una "ur"u(a ?"ul"o? conectada a un capilar 7tu"o mu) #ino9+ Cuando la temperatura aumenta$ el l2&uido se e4pande por el capilar$ as2$ pe&ue5as *ariaciones de su *olumen resultan claramente *isi"les+ Escalas Actualmente se utili,an tres escalas para medir al temperatura$ la escala Celsius es la &ue todos estamos acostum"rados a usar$ la Fa!ren!eit se usa en los pa2ses an%losa(ones ) la escala Jel*in de uso cient2#ico+
IV.
PROCEDIMIENTO: Determinar la constante del calor2metro ) el calor espec2#ico del metal+
@+ A5adir al calor2metro ml de
FL O
a temperatura am"iente o simplemente
a%ua #r2a pre*iamente pesada$ o"ser*e la lectura del term'metro ) cuando se esta"ilice$ re%istre su *alor como
7Temperatura inicial sistema
calor2metro?a%ua9+ + Caliente en un *aso precipitado ml de �� O !asta una 2
temperatura apro4imada de @C ) re%istre esta temperatura como + +0ierta esta cantidad de a%ua caliente 7pre*iamente pesada9 en el calor2metro ) ci3rrelo+ omo%enice
la
temperatura
de
la
me,cla
a%itando
sua*emente el calor2metro+ K+ Medir la masa del metal en la "alan,a anal2tica+ +
Lue%o introducirlo en un tu"o de ensa)o P)re4$ a%re%ar a%ua ) por el m3todo de "a5o mar2a calentarlo en la planc!a el3ctrica !asta &ue este lle%ue a una temperatura de @C+
+ Arro(ar el metal caliente dentro del *aso del calor2metro$ tomar la temperatura a la &ue )a no se re%istre cam"io en el term'metro o cuando la temperatura de las dos muestras lle%uen al e&uili"rio t3rmico$ re%istre esta temperatura como Te&+
Q+ Determine la constante del calor2metro 7Jcal9 aplicando la le) de la conser*aci'n de la ener%2a+ ?Si se sa"e;
Q calorímetro + QH2O (t1) = QH2O (t2)
m calor2metro 4 Ce calor2metro > Jcal
Ce calor2metro >@ + Cuando !allemos el calor espec2#ico del metal &ue usamos de"emos de comparar con nuestra ta"la de *alores de calor espec2#ico de metales+
0+
RESULTADOS a+ allando la constante del calor2metro 7Jcal9 en un sistema aislado con el am"iente; 8%anado > 8perdido
Cuando *arios cuerpos a di#erentes temperaturas se encuentran en un recinto adia"tico se producen intercam"ios calor2#icos entre ellos alcan,ndose la temperatura de e&uili"rio al ca"o de cierto tiempo+ Cuando se !a alcan,ado este e&uili"rio se de"e cumplir &ue la suma de las cantidades de calor intercam"iadas es cero+ Ce > $@@ JcalH%C
El calor especi#ico del acero
A nosotros nos sali'
Ce>+KJcalJ%C
Por lo tanto el mar%en de error es; Fm Error relati*o; @+@
Valor meddo
Fr Error a"soluto; +@KK
Valor real
Constante del calor2metro O"ser*amos &ue se !an o"tenido resultados mu) dispares entre los distintos %rupos$ lo &ue se de"e a di*ersos moti*os; Error de *olumen; el *olumen de a%ua co%ido no es e4acto$ por&ue cada persona lo mide de una manera di#erente+
Error al leer la temperatura; no es e4acta$ por&ue cada persona lo !ace de una manera+ Puede &uedar al%o de a%ua en el *aso de precipitados$ aun&ue esto s'lo altera el resultado en unas d3cimas+ Se !an usado term'metros de mercurio$ &ue son poco precisos$ lo &ue !ace &ue el resultado *ar2e de una persona a otra+ Clculos ine4actos a la !ora de co%er decimales+ P3rdidas de calor en el calor2metro; al !acer el tras*ase del a%ua ) a tra*3s del a%u(ero para el term'metro se pierde al%o de calor+ No !a"er esperado tiempo su#iciente a &ue la temperatura se esta"ilice antes de medirla+ Cada %rupo !a usado un term'metro di#erente$ ) adems$ cada uno est a una temperatura di#erente+ El a%ua usada no es pura$ ) por eso su calor espec2#ico no es @ e4actamente+ Error al calentar el a%ua; se de"e a &ue la temperatura se mide o en la super#icie del l2&uido o en la pro#undidad$ ) la #uente de calor 7placa cale#actora9 no es !omo%3nea$ lo &ue !ace &ue la parte superior est3 ms #r2a ) la in#erior ms caliente+ Suele ser el principal error+ A pesar de &ue lo !emos dado por *lido$ la densidad del a%ua es @ %rml s'lo a UC ) *ar2a a otras temperaturas+
VII.
CONCLUSIONES Se lo%r' armar el sistema de calorimetr2a+ Se pudo calcular J 7constante del calor2metro9+ O"tenci'n del Coe#iciente calor2#ico del metal$ en "ase al clculo de la constante del calor2metro+
VIII.
Re$!me"da$i!"e& Antes de iniciar la e4periencia de"emos ase%urarnos &ue el calor2metro este completamente limpio ) *ac2o 7&ue no muestre residuos puesto &ue in#lu)e en los resultados9+ De"emos mane(ar una ta"la %ra#ica para calor espec2#ico de un cuerpo )a &ue nos sir*e para comparar los resultados o"tenidos en la prctica+ Como utili,aremos una #uente de calor7!ornilla el3ctrica9 entonces el ries%o de accidentes por &uemaduras es permanente por lo tanto se de"er usar pin,as ) %uantes adecuados+
I8.
9l!&ari! Cal!rimer,a; Rama cient2#ica &ue estudia cuantitati*amente las trans#erencias de calor$ )a sea en cam"ios de estado o en procesos termo&u2micos+
Cam'i! *,&i$!; Trans#ormaci'n &ue no a#ecta la estructura &u2mica de una sustancia+ Los cam"ios de estado son cam"ios #2sicos+ Cam'i! de e&ad!; Trans#ormaci'n #2sica de la materia en la &ue una sustancia cam"ia de estado reor%ani,ando sus part2culas pero manteniendo sus propiedades &u2micas+
Cal!r ; Forma de transmisi'n de la ener%2a+ Se mani#iesta cuando se ponen en contacto dos cuerpos &ue tienen di#erente temperatura )$ por tanto$ di#erente ener%2a t3rmica
Cal!r lae"e de */&i-"; El calor latente es la ener%2a re&uerida por una cantidad de sustancia para cam"iar de #ase$ de s'lido a l2&uido o de l2&uido a %aseoso+ Se de"e tener en cuenta &ue esta ener%2a en #orma de calor se in*ierte para el cam"io de #ase+
Tem)era/ra: La Temperatura es una propiedad de la materia &ue est relacionada con la sensaci'n de calor o #r2o &ue se siente en contacto con ella+ El $al!r,mer! es una !erramienta &ue nos a)uda a medir las cantidades de calor suministradas o reci"idas por los cuerpos+ Es decir$ sir*e para determinar el calor espec2#ico de un cuerpo+
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