UNIVERSIDAD NACIONAL AUTONOMA          DE MEXICO.     FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES DE ARAGÓN.                  Laborato...
PRACTICA 4 "CALORIMETRIA"                                            OBJETIVO:Determinar la constante en un calorímetro po...
b) UNIDAD TECNICA BRITANICA (BTU): Es la cantidad de calor necesario para elevar un gradoFahrenheit la temperatura de una ...
DESARROLLOACTIVIDAD 1: "CONSTANTE DE UN CALORIMETRO"1. Calibrar la balanza.2. Medir la masa del calorímetro. Anotar su val...
Q cedido del agua caliente=M agua caliente Ce agua caliente (T₂ agua-T₃ agua)Q ganado del agua fría=M agua fría Ce agua fr...
11. Para determinar el calor especifico del agua a presión constante, utilizar el método desuministro de energía eléctrica...
Rota: R y V pueden obtenerse empleando un multimetro o tomando en cuenta la ley de ohm, quenos dice que la corriente eléct...
Ccal= 10.1/87.7= 0.11516 cal/gr °CKcal=1282.8-1222.2/34-28= 10.1cal/°CCa = 1 cal/gr °CQc=QgQc = Qac = (mac(Ca)) (T₂-T₁)= 2...
10.1 cal/°C X(1 BTU/°F)/1 cal/°C= 10.1 BTU/°F10.1 cal/°C X (0.001163 J/°C)/1 cal/°C = 0.0117 J/°C10.1 BTU/°F X (1.055*10¹:...
TABLA 4.2B       CONCEPTO                    SIMBOLO                     UNIDADES            RESULTADOS    Trabajo eléctri...
6.- En los viejos tiempos era común llevarse objetos calientes a la cama en las noches frías deinvierno. ¿Cuál de estos ob...
CONCLUCIONES.La practica deja en claro que el calor puede ser convertido en energía mecánica y a su vez laenergía mecánica...
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Practica 4 termodinamica

  1. 1. UNIVERSIDAD NACIONAL AUTONOMA DE MEXICO. FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES DE ARAGÓN. Laboratorio de termodinámica. Práctica numero 4: CALORIMETRIA. Grupo: TRM05. Alumno: Fernández Cano Veronico David Ricardo. Profesor: Ing. Chico Venancio.Fecha de realización: 12072012. Fecha de entrega:19/07/2012. 1
  2. 2. PRACTICA 4 "CALORIMETRIA" OBJETIVO:Determinar la constante en un calorímetro por el método de mezclas y aplicar el concepto de calorespecifico, para una sustancia limpia. ACTIVIDADES:Determinar la constante de un calorímetro mezclando agua caliente y agua fría. Calcular el calorespecífico del agua, proporcionando calor al agua de un calorímetro por medio de una resistencia. MATERIAL Y/O EQUIPO: 1 Parrilla eléctrica de 750W. 1 Cronometro 1 Calorímetro 2 Termómetros 1 Resistencia eléctrica de inmersión 2 Vasos de precipitados de 400 ml. 1 Balanza granataria 1 Multimetro 1 Pesa de 1Kg 1 Pesa de 1/2 Kg 1 Guante de asbesto 1 Agitador de Vidrio 1 Probeta graduada SUSTANCIAS: Agua potable. ASPECTOS TEORICOSCALOR O ENERGIA TERMICA:Es la suma de la energía cinética de todas las moléculas, cuyo resultado es la ganancia o perdidade energía interna; el calor es simplemente otra forma de energía que puede medirse solo enfunción del efecto que produce. Existen 2 unidades para medir calor:a) CALORIA (cal): Es el calor necesario para aumentar la temperatura de un gramo de agua en ungrado Celsius. 2
  3. 3. b) UNIDAD TECNICA BRITANICA (BTU): Es la cantidad de calor necesario para elevar un gradoFahrenheit la temperatura de una libra de agua-CAPACIDAD CALORIFICAEs la relación existente entre la cantidad de calor de una sustancia y su correspondiente elevaciónde temperatura:C=ΔQ/ΔTLa capacidad calorífica de una sustancia tiene un valor mayor si se lleva a cabo a presiónconstante, que si se realiza a volumen constante, ya que al aplicar presión constante a unasustancia, esta sufre un aumento en su volumen, lo que provoca una disminución en sutemperatura y en consecuencia, necesitara más calor para elevarla. A volumen constante, todo elcalor suministrado a la sustancia pasa aumentar la energía cinética de las moléculas, por tanto, latemperatura se incrementa con mayor facilidad.CALOR ESPECÍFICO (Ce): De una sustancia es igual a la capacidad calorífica de dicha sustancia entresu masa:Y como: ΔQ/ΔTSustituyendo:Ce= ΔQ/ΔT mPor lo tanto: Q=mCeΔTEn términos prácticos el Ce de una sustancia se define como la cantidad de calor necesaria paraelevar en un grado la temperatura de una masa unitaria de la sustancia.Calorímetro.-Es un recipiente que permite medir las cantidades de calor que interactúan cuandose mezclan sustancias a diferentes temperaturas éstas tienden a alcanzar el equilibrio térmico, esdecir, mientras una pierde calor la otra gana, por ello se realiza un balance de energía en elcalorímetro y se cumple que: “En cualquier intercambio de calor efectuado, el calor cedido es igualal absorbido”: Q₂= Q₁Por lo tato: m₂Ce₂(T₂-T₁) = m₁Ce₁(T₂-T₁) 3
  4. 4. DESARROLLOACTIVIDAD 1: "CONSTANTE DE UN CALORIMETRO"1. Calibrar la balanza.2. Medir la masa del calorímetro. Anotar su valor en la tabla 4.1ª3. Con la probeta medir 200 ml de agua fría, vaciarlos en el calorímetro.4. Medir la masa del agua fría. (Resta la masa del calorímetro con la masa del agua). Anotar suvalor en la tabla 4.1 A5. Con el termómetro medir la temperatura del agua hasta que esta se estabilice. Anotar su valoren la tabla 4.1 A (Considerar esta como la temperatura T₁)6. con la probeta medir 200 ml de agua, vacíe los en el vaso de precipitado de 400ml y medir lamasa del agua, misma que sería la del agua caliente. Anotar su valor en la tabla 4.1 A7. Colocar el vaso sobre la parrilla.8. Conectar la parrilla a la toma de corriente.9. Introducir el termómetro en el vaso, procurando que este no toque el fondo, espere a que elagua alcance una temperatura de 40 °C.10. Con el guante de asbesto puesto, retirar el vaso de la parrilla y colocarlo sobre la zona detrabajo de la mesa.11. Espere a que la temperatura de vaso se estabilice, esta será considerada como la temperatura(T₂). Anotar su valor en la tabla 4.1 A12. Verter el agua del vaso en el calorímetro, mezclar con el agitador y esperar a que latemperatura se estabilice. Considerar esta como la temperatura tres (T₃). Anotar el valor en latabla 4.1 A13. Por medio del siguiente análisis, determinar la constante del calorímetro (K calorímetro).Anexa la memoria de cálculos en el reporte y coloca los resultados que se piden en la tabla 4.1B y4.1B-BIS. Q cedido=Q ganadoQ cedido del agua caliente= Q ganado por el agua fría + el calor ganado por el calorímetro.Para calcular la cantidad de calor Q necesario para el cambio de temperatura:Por lo que: 4
  5. 5. Q cedido del agua caliente=M agua caliente Ce agua caliente (T₂ agua-T₃ agua)Q ganado del agua fría=M agua fría Ce agua fría (T₃ agua-T₁ agua)Q ganado por el calorímetro= M Calorímetro Ce calorímetro (T₃ agua-T₁ agua)Donde:M calorímetro Ce calorímetro =K; (K es la constante del calorímetro)Por lo tanto:Q ganado por el calorímetro= K calorímetro (T₃ agua-T₁ agua)Y el calor cedido:Q cedido= M agua fría Ce agua fría (T₃ agua-T₁ agua)+K calorímetro (T₃ agua-T₁ agua)Despejando la constante del calorímetro se tiene:ACTIVIDAD II: CALOR ESPECÍFICO DE UN LÍQUIDO.1. Calibrar la balanza2. Medir la masa del calorímetro vacio. Anotar el valor en la tabla 4.2ª3. Suministra en el calorímetro 450ml de agua para que se cubra por completo la resistencia deinmersión.4. Medir la masa del agua. (Resta la masa del calorímetro con la masa del agua).Anotar su valor enla tabla 4.2ª5. Con el termómetro medir la temperatura inicial del agua. Anotar su valor en la tabla 4.2ª6. Medir el valor de la resistencia de inmersión. Anotar su valor en la tabla 4.2ª7. Medir el valor del voltaje de línea. Anotar su valor en la tabla 4.2ª8. Sin retirar el termómetro, sumergir la resistencia completamente dentro del calorímetro.9. Tomar el tiempo con el cronometro en el momento de conectar la resistencia.10. Interrumpir el tiempo del cronometro cuando la temperatura del agua haya alcanzadolos 80°C. Anotar el tiempo en la tabla 4.2A 5
  6. 6. 11. Para determinar el calor especifico del agua a presión constante, utilizar el método desuministro de energía eléctrica, que dice: "Por medio de una resistencia se elevara la temperaturaa una cantidad de agua en función del trabajo eléctrico realizado", es decir:Para conocer el calor suministrado al agua en términos de calorías se tiene que:Por lo que el calor cedido por la resistencia a presión constante, sin considerar perdidas es:El calor ganado por el agua es:Q ganado por el agua=Q cedido - Q ganado por el calorímetro.......... 1Y si el calor del agua es: Q agua=M Ce agua(Tfagua-Tiagua)................. 2Igualando 1 y 2 tenemos: M Ce agua (Tf agua - Ti agua)=Q cedido res – Q ganado por elcalorímetro Despejando:SiY Q ganado calorímetro = K calorímetro (Tf agua –Ti agua)Entonces, el calor específico real del agua para este experimento es:Donde:W=Trabajo realizado(Joule)R= Resistencia(Ω)Q= Calor suministrado (J)t = tiempo suministrado de calor (s)V= voltaje de la línea (v) 6
  7. 7. Rota: R y V pueden obtenerse empleando un multimetro o tomando en cuenta la ley de ohm, quenos dice que la corriente eléctrica que circula en un circuito (resistencia)es directamenteproporcional al voltaje aplicado a este, e inversamente proporcional a la resistencia de este. Tabla 4.1 A CONCEPTO SIMBOLO UNIDAD LECTURA Masa del vaso M vaso gr 153.6Masa del vaso con agua M vaso agua gr 354.5 Masa del calorímetro M cal gr 200.9 Masa del calorímetro Mcal-agua gr 598.2 con agua Masa del agua fría M agua-fría gr 444.6Temperatura inicial del Ti agua ᵒC 22 agua fríaTemperatura inicial del T2 agua ᵒC 40 agua caliente Temperatura de T3 agua ᵒC 34 equilibrioMasa del agua caliente M agua caliente gr 195.8 Tabla 4.2 A CONCEPTO SIMBOLO UNIDAD LECTURA Masa del calorímetro M-cal gr 153.6 Masa del calorímetro M-cal agua gr 598.2 con agua Masa del agua M agua gr 444.6 Temperatura inicial del Ti del agua ᵒC 22 aguaTiempo de suministro de T Seg 3.55.27 energía al agua Temperatura final del Tf del agua ᵒC 80 aguaResistencia de inmersión R Ω 1.3 voltaje V v 128 CÁLCULOSKcal = mcal CcalQac = Qaf + Kcal (T₃-T₁)Ccal = Kcal/mcalKcal = Qac - Qaf/T₃-T₁ 7
  8. 8. Ccal= 10.1/87.7= 0.11516 cal/gr °CKcal=1282.8-1222.2/34-28= 10.1cal/°CCa = 1 cal/gr °CQc=QgQc = Qac = (mac(Ca)) (T₂-T₁)= 213.8*1*(40-34)=1282.8 calQg = Qaf + QcalQaf = maf *Ca * (T₃-T₁)= 203.7*1*(34-28) = 1222.2 calQcal = Kcal*(T₃-T₁) = 10.1*(34-28) = 60.6 calQ R= V²/R(t)*(0.2389) =129.3²/20*228*(0.2389)= 45532.13878 calQc=QgQR=Qa + QcalQa=QR- QcalQcal= Kcal (Tf-Ti)= 10.1(77-29)=484.8 calMaCa(Tf-Ti) = QR - QcalCa = QR-Qcal/ma(Tf-Ti)=45532.13878-484.8/785.3+(77-29)= 1.195067 calCONVENCIONES1282.8 cal X (0.00397 BTU)/1cal = 5.0927 BTU1282.8 cal X(0.00116 J)/1 cal = 1.4880 J5.0927 BTU X(1.055*10;:Erg)/1 BTU = 5.3727*10;:Erg1222.2 cal X(0.00397 BTU)/1 cal = 4.85211222.2 cal X (0.00116 J)/ 1 cal = 1.4177 J4.8521 BTU X (1.055*10;:Erg)/1 BTU = 5.1189*10;:60.6 cal X (0.00397 BTU)/1 cal = 0.2405 BTU60.6 cal X (0.00116 J)/1 cal = 0.0702 J0.2405 BTU X (1.055*10;:Erg)/1 BTU = 2.405*10⁹ 8
  9. 9. 10.1 cal/°C X(1 BTU/°F)/1 cal/°C= 10.1 BTU/°F10.1 cal/°C X (0.001163 J/°C)/1 cal/°C = 0.0117 J/°C10.1 BTU/°F X (1.055*10¹:Erg/°C)/1 BTU/°F= 1.06555*10¹¹ Erg/°C TABLA 4.1B CONCEPTO JOULE ERGIO BTU CAL Q cedido por el 1.488 5.372X10¹: 5.09 1282.9 agua caliente Q ganado por el 1.41 5.11X10¹: 4.85 1222.2 agua fría Q ganado por el .07 2.405X10⁹ .2405 60.6 agua del calorímetro CONCEPTO J/:C ERGIO/:C BTU/:C CAL/:C K calorímetro .0117 1.06X10¹¹ 10 10 9
  10. 10. TABLA 4.2B CONCEPTO SIMBOLO UNIDADES RESULTADOS Trabajo eléctrico W J 190590.7 Voltaje V Volts 129.3 Calor cedido por la Q cedido por la Cal 45532.13 resistencia resistencia CONCEPTO SIMBOLO KJ/KgᵒK Kcal/KgᵒC BTU/Lb:FCalor especifico del Ce agua real .5905 .5905 .5905 agua realCalor especifico del Ce agua ideal 1.206 1.206 1.206 agua ideal CUESTIONARIO 41.- ¿Porque los calores específicos del agua son diferentes?El calor específico de una sustancia varía de acuerdo a su densidad.2.-¿Como se determina la constante de un calorímetro?Se ocupa la “constante calorimétrica” de la formula.3.- Un bloque de madera y uno de metal están a la misma temperatura, cuando los bloques sesienten fríos, el metal se siente más frio que la madera, cuando los bloques se sienten calientes, elmetal se siente más caliente que la madera. Dar una explicación del por qué. ¿A qué temperaturase sentirán los bloques igualmente fríos o calientes?Porque aunque 2 sustancias diferentes alcancen la misma temperatura eso no significa que tenganla misma energía interna. Para este caso el metal es buen conductor del calor, contrariamente a lamadera que es material aislante.4.-¿Porque es importante proteger las tuberías de agua para que no se congelen?Porque esto obstruiría el flujo normal del agua ya que si es posible que el agua que corre por latubería llegue a congelarse.5.- Si el calor especifico del agua fuera menor. ¿Qué probabilidades existirían de que los lagos secongelasen en invierno?De hecho seria más común que los lagos se congelaran, ya que el punto de fusión del agua seria auna temperatura más alta. 10
  11. 11. 6.- En los viejos tiempos era común llevarse objetos calientes a la cama en las noches frías deinvierno. ¿Cuál de estos objetos sería más eficaz: Un bloque de hierro de 10kg o una botella con 10Kg de agua caliente a la misma temperatura?.ExplicarPara el caso del hierro quemaría la superficie de la cama , pero en cambio el agua caliente solotransmitiría el calor hasta que se produjera el equilibrio térmico.7.-¿Que significa afirmar que un material tiene una capacidad calorífica grande o pequeña?La cantidad de calor necesaria para que una partícula o un sistema termodinámico, eleven sutemperatura en 1°C.8.-¿Porque es incorrecto decir, la materia "contiene" calor?Lo que realmente contiene la materia es la energía cinética de sus moléculas que a su vez generanel calor que está en contacto con la materia y se transmite a esta.9.- ¿A qué temperatura alcanza el agua su máxima densidad?A los 100°C.10.- ¿Que es el equivalente de calor y cuál es su equivalencia?El equivalente del calor o caloría es el joule, y su equivalencia es de 1 cal=4.186 J. SERIE No. 41.- Se introducen 140gr de una aleación a una temperatura de 93°C en un calorímetro de aluminiode 50gr que contiene 200gr de agua a 20°C. Se agita la mezcla y la temperatura se estabiliza a los24°C. ¿Cuál es el calor específico de la aleación?. A que material se refiereSol. 0.087Cal/g°C2.- Un trozo de hierro de 316.93gr se pone a calentar en un vaso de precipitado con aguahasta que alcanza una temperatura de 90°C. Se introduce inmediatamente en el recipiente interiordel calorímetro de aluminio cuya masa es de 150gr. Que contiene 300gr de agua a 18°C se agita lamezcla y la temperatura aumenta hasta 25°C. ¿Cuál es el calor específico del hierro?Sol.0.113Cal/g°C3.- En un sistema domestico de calefacción por agua caliente el agua llega a los radiadores a latemperatura de 60°C y sale a 38°C se desea reemplazar el sistema de calefacción por otro de vaporen el cual el vapor a la presión atmosférica se condensa en los radiadores, saliendo de estos a82°C. ¿Cuántos kilogramos de vapor suministraran el mismo calor que suministra un kilogramo deagua caliente en la primera instalación?Sol. 0.0396 Kg de vapor 11
  12. 12. CONCLUCIONES.La practica deja en claro que el calor puede ser convertido en energía mecánica y a su vez laenergía mecánica también puede ser transformada en energía calorífica. Por lo tanto es una demostración de la ley de la conservación de la energía (la energía no se crea ni se destruye, sólo setransforma ).Sin embargo; se debe de tener en cuenta que es imposible para las maquias convertir toda laenergía calorífica en mecánica y viceversa, aun en el caso de que las pérdidas por fricción seannulas.La energía mecánica se expresa en joules y la energía calorífica se expresa en calorías, pero ambasson equivalentes numéricamente hablando y a esto es lo que se conoce como equivalentemecánico del calor. BIBLIOGRAFIAhttp://es.wikipedia.org/wiki/Calor%C3%ADmetrohttp://www.cam.educaciondigital.net/fisica/Apuntes/calormarinhttp://www.fisicanet.com.ar/fisica/termodinamica/ap10_calorimetria.phphttp://fisica2013.blogspot.mx/p/calorimetria-y-temperatura.htmlM. Alonso y E. Finn. Física volumen I.Resnick D. Halliday and Krane. Física vol. I, CECSA MEXICO 2002. 12

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