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Parctica #4 termo

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UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO


        FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES



                 PLANTEL ARAGÓN


              INGENIERÍA MECÁNICA



         LABORATORIO DE TERMODINÁMICA



                      Practica #4

                  “CALORIMETRÍA”



               NOMBRE DEL ALUMNO:

             Paniagua campos José Daniel

            Cartujano Vergara Jair Armando




  NOMBRE DEL PROFESOR: ING. ALEJANDRO RODRÍGUEZ
                  LORENZANA



              GRUPO: JUEVES 17:30 – 19:00
Practica #4 “Calorimetría”

           Fecha de realización: Jueves 29 del mes de Septiembre

                Fecha de entrega: Jueves 6 del mes de Octubre

Objetivo:
Determinar la constante de un calorímetro por el método de mezclas y aplicar el concepto de calor
especifico, para una sustancia liquida.



Actividades:
Determinar la constante de un calorímetro mezclando agua caliente y agua fría.

Calcular el calor especifico del agua, proporcionado calor al agua de un calorímetro por medio de
una resistencia.

Material y/o Equipo.
        1 Parrilla eléctrica de 750W.
        1 Cronómetro.
        1 Calorímetro.
        2 Termómetros.
        1 Resistencia eléctrica de inmersión.
        2 Vasos de precipitado de 400 ml.
        1 Balanza granataria.
        1 Multímetro.
        1 Pesa de 1 Kg.
     1 Pesa de Kg.
     1 Guante de asbesto.
     1 Agitador de vidrio.
     1 Probeta graduada.



Sustancias.
     Agua potable.

Aspectos Teóricos:
Calor o Energía Térmica.- Es la suma de energía cinética de todas las molecular, cuyo resultado es
la ganancia o pérdida de energía interna; el calor es simplemente otra forma de energía que puede
medirse solo en función del efecto que produce. Existen 2 unidades para medir el calor:

    a) Caloría (cal).- Es el calor necesario para aumentar la temperatura de un gramo de agua en
       un grado Celsius.




               Ing. Mecánica –Laboratorio de Termodinámica – FES Aragón -UNAM
Practica #4 “Calorimetría”

    b) Unidad Técnica Británica (BTU).- Es la cantidad de calor necesario para elevar en un frado
       Fahrenheit la temperatura de una libra de agua.



Capacidad Calorífica.- Es la relación existente entre la cantidad de calor de una sustancia y su
correspondiente elevación de temperatura.




La capacidad calorífica de una sustancia tiene un valor mayor si se lleva a cabo la presión
constante, que si se realiza a volumen constante, ya que al aplicar presión constante a una
sustancia, ésta sufre un aumento de su volumen, lo que provoca una disminución a su
temperatura y en consecuencia, necesitará mas calor para elevarla. A volumen constante, todo el
calor suministrado a la sustancia pasa a aumentar la energía cinética de las moleculas, por tanto, la
temperatura se incrementa con mayor facilidad.

Calor Específico (Ce).- De una sustancia es igual a la capacidad calorífica de dicha sustancia entre
su masa:




Y como:




Sustituyendo:




Por lo tanto:



En términos prácticos el Ce de una sustancia se define como la cantidad de calor necesaria para
elevar 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 cuando
se mezclan sustancias a diferentes temperaturas éstas tienden a alcanzar el equilibrio térmico, es
decir, mientras una pierde calor la otra gana, por ello se realiza un balance de energía en el
calorímetro y se cumple que: “En cualquier intercambio de calor efectuado, el calor cedido es igual
al absorbido”:

                                               Q2 = Q1


                Ing. Mecánica –Laboratorio de Termodinámica – FES Aragón -UNAM
Practica #4 “Calorimetría”

Por lo tanto:




Desarrollo.
Actividad l: “Constante de un Calorímetro”

     1.    Calibrar la balanza
     2.    Medir la masa del calorímetro. Anotar su valor en la tabla 4.1 A.
     3.    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
           su valor en la tabla 4.1 A.
     5.    Con el termómetro medir la temperatura del agua hasta que esta se estabilice. Anotar su
           valor en la tabla 4.1 A (Considerar esta como la temperatura T1)
     6.    Con la probeta medir 200 ml de agua, vacíelos en el vaso de precipitado de 400 ml y medir
           la masa del agua, misma que seria la del agua caliente. Anotar su valor en la tabla 4.1 A.
     7.    Colocar el vaso sobre la parrilla.
     8.    Conectar la parrilla a la toma de corriente.
     9.    Introducir el termómetro en el vaso, procurando que éste no toque el fonto, espere a que
           el agua alcance una temperatura de 40°C.
     10.   Con el guante de asbesto puesto, retirar el vaso de la parrilla y colocarlo sobre la zona de
           trabajo de la mesa.
     11.   Esperar a que la temperatura de vaso se estabilice, esta será considerada como la
           temperatura dos (T2) Anotar su valor en la tabla 4.1 A.
     12.   Verter el agua del vaso en el calorímetro, mezclar con el agitador de vidrio y esperar a que
           la temperatura se estabilice. Considerar esta como la temperatura tres (T3). Anotar el valor
           en la tabla 4.1 A.
     13.   Por medio del siguiente análisis, determinar la constante del calorímetro (Kcalorímetro). Anexa
           la memoria de cálculos en el reporte y coloca los resultados que se pide en la tabla 4.1 B y
           4.1 B-BIS.

                                                           Qcedido = Qganado

                            Q cedido del agua caliente = Q ganado por el agua fría + Q ganado por el calorímetro

Para calcular la cantidad de calor Q necesario para el cambio de temperatura:



Por lo que:

Q cedido del agua caliente = m agua caliente Ce agua caliente (T3 agua –T2 agua)




                     Ing. Mecánica –Laboratorio de Termodinámica – FES Aragón -UNAM
Practica #4 “Calorimetría”

Q ganado de el 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 ll: Calor especifico en un liquido.

     1. Calibrar la balanza.
     2. Medir la masa del calorímetro vacio. Anotar el valor en la tabla 4.2 A.
     3. Suministra en el calorímetro 450 ml de agua para que se cubra por completo la resistencia
        de inmersión.
     4. Medir la masa del agua. (Resta la masa del calorímetro con la masa del agua). Anotar su
        valor en la tabla 4.2 A.
     5. Con el termómetro medir la temperatura inicial del agua. Anotar su valor en la tabla 4.2 A.
     6. Medir el valor de la resistencia de inmersión. Anotar su valor en la tabla 4.2 A.
     7. Medir el valor del voltaje de línea. Anotar su valor en la tabla 4.2 A.
     8. Sin retirar el termómetro, sumergir la resistencia completamente dentro del calorímetro.
        Ver figura 4.1 A.




     9. Tomar el tiempo con el cronómetro en el momento de conectar la resistencia.
     10. Interrumpir el tiempo en el cronómetro cuando la temperatura del agua haya alcanzado
         los 80°C. Anotar el tiempo en la tabla 4.2 A.


                     Ing. Mecánica –Laboratorio de Termodinámica – FES Aragón -UNAM
Practica #4 “Calorimetría”

     11. Para determinar el calor especifico del agua a presión constante, utilizar el método de
         suministro de energía eléctrica, que dice: “Por medio de una resistencia se elevará la
         temperatura a 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:

                                                                             Calorías = 1 Joule

Por lo que el calor cedido por la resistencia a presión constante, sin considerar pérdidas es:




El calor ganado por el agua es:

Q ganado por él agua = Q cedido res – Q ganado por el calorímetro………………………..1

Y si el calor del agua es:

Q agua = mCe agua (T f agua – Ti agua)……………………….2

Igualando 1 y 2 tenemos:

mCe agua (T t agua –T i agua) = Q cedido res – Q ganado por el calorímetro

Despejando:




Si




Y



Entonces, el calor especifico real de agua para este experimento es:




Y el calor especifico ideal del agua, sin considerar las pérdidas de energía en el calorímetro:



                    Ing. Mecánica –Laboratorio de Termodinámica – FES Aragón -UNAM

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Parctica #4 termo

  • 1. UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES PLANTEL ARAGÓN INGENIERÍA MECÁNICA LABORATORIO DE TERMODINÁMICA Practica #4 “CALORIMETRÍA” NOMBRE DEL ALUMNO: Paniagua campos José Daniel Cartujano Vergara Jair Armando NOMBRE DEL PROFESOR: ING. ALEJANDRO RODRÍGUEZ LORENZANA GRUPO: JUEVES 17:30 – 19:00
  • 2. Practica #4 “Calorimetría” Fecha de realización: Jueves 29 del mes de Septiembre Fecha de entrega: Jueves 6 del mes de Octubre Objetivo: Determinar la constante de un calorímetro por el método de mezclas y aplicar el concepto de calor especifico, para una sustancia liquida. Actividades: Determinar la constante de un calorímetro mezclando agua caliente y agua fría. Calcular el calor especifico del agua, proporcionado calor al agua de un calorímetro por medio de una resistencia. Material y/o Equipo.  1 Parrilla eléctrica de 750W.  1 Cronómetro.  1 Calorímetro.  2 Termómetros.  1 Resistencia eléctrica de inmersión.  2 Vasos de precipitado de 400 ml.  1 Balanza granataria.  1 Multímetro.  1 Pesa de 1 Kg.  1 Pesa de Kg.  1 Guante de asbesto.  1 Agitador de vidrio.  1 Probeta graduada. Sustancias.  Agua potable. Aspectos Teóricos: Calor o Energía Térmica.- Es la suma de energía cinética de todas las molecular, cuyo resultado es la ganancia o pérdida de energía interna; el calor es simplemente otra forma de energía que puede medirse solo en función del efecto que produce. Existen 2 unidades para medir el calor: a) Caloría (cal).- Es el calor necesario para aumentar la temperatura de un gramo de agua en un grado Celsius. Ing. Mecánica –Laboratorio de Termodinámica – FES Aragón -UNAM
  • 3. Practica #4 “Calorimetría” b) Unidad Técnica Británica (BTU).- Es la cantidad de calor necesario para elevar en un frado Fahrenheit la temperatura de una libra de agua. Capacidad Calorífica.- Es la relación existente entre la cantidad de calor de una sustancia y su correspondiente elevación de temperatura. La capacidad calorífica de una sustancia tiene un valor mayor si se lleva a cabo la presión constante, que si se realiza a volumen constante, ya que al aplicar presión constante a una sustancia, ésta sufre un aumento de su volumen, lo que provoca una disminución a su temperatura y en consecuencia, necesitará mas calor para elevarla. A volumen constante, todo el calor suministrado a la sustancia pasa a aumentar la energía cinética de las moleculas, por tanto, la temperatura se incrementa con mayor facilidad. Calor Específico (Ce).- De una sustancia es igual a la capacidad calorífica de dicha sustancia entre su masa: Y como: Sustituyendo: Por lo tanto: En términos prácticos el Ce de una sustancia se define como la cantidad de calor necesaria para elevar 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 cuando se mezclan sustancias a diferentes temperaturas éstas tienden a alcanzar el equilibrio térmico, es decir, mientras una pierde calor la otra gana, por ello se realiza un balance de energía en el calorímetro y se cumple que: “En cualquier intercambio de calor efectuado, el calor cedido es igual al absorbido”: Q2 = Q1 Ing. Mecánica –Laboratorio de Termodinámica – FES Aragón -UNAM
  • 4. Practica #4 “Calorimetría” Por lo tanto: Desarrollo. Actividad l: “Constante de un Calorímetro” 1. Calibrar la balanza 2. Medir la masa del calorímetro. Anotar su valor en la tabla 4.1 A. 3. 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 su valor en la tabla 4.1 A. 5. Con el termómetro medir la temperatura del agua hasta que esta se estabilice. Anotar su valor en la tabla 4.1 A (Considerar esta como la temperatura T1) 6. Con la probeta medir 200 ml de agua, vacíelos en el vaso de precipitado de 400 ml y medir la masa del agua, misma que seria la del agua caliente. Anotar su valor en la tabla 4.1 A. 7. Colocar el vaso sobre la parrilla. 8. Conectar la parrilla a la toma de corriente. 9. Introducir el termómetro en el vaso, procurando que éste no toque el fonto, espere a que el agua alcance una temperatura de 40°C. 10. Con el guante de asbesto puesto, retirar el vaso de la parrilla y colocarlo sobre la zona de trabajo de la mesa. 11. Esperar a que la temperatura de vaso se estabilice, esta será considerada como la temperatura dos (T2) Anotar su valor en la tabla 4.1 A. 12. Verter el agua del vaso en el calorímetro, mezclar con el agitador de vidrio y esperar a que la temperatura se estabilice. Considerar esta como la temperatura tres (T3). Anotar el valor en la tabla 4.1 A. 13. Por medio del siguiente análisis, determinar la constante del calorímetro (Kcalorímetro). Anexa la memoria de cálculos en el reporte y coloca los resultados que se pide en la tabla 4.1 B y 4.1 B-BIS. Qcedido = Qganado Q cedido del agua caliente = Q ganado por el agua fría + Q ganado por el calorímetro Para calcular la cantidad de calor Q necesario para el cambio de temperatura: Por lo que: Q cedido del agua caliente = m agua caliente Ce agua caliente (T3 agua –T2 agua) Ing. Mecánica –Laboratorio de Termodinámica – FES Aragón -UNAM
  • 5. Practica #4 “Calorimetría” Q ganado de el 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 ll: Calor especifico en un liquido. 1. Calibrar la balanza. 2. Medir la masa del calorímetro vacio. Anotar el valor en la tabla 4.2 A. 3. Suministra en el calorímetro 450 ml de agua para que se cubra por completo la resistencia de inmersión. 4. Medir la masa del agua. (Resta la masa del calorímetro con la masa del agua). Anotar su valor en la tabla 4.2 A. 5. Con el termómetro medir la temperatura inicial del agua. Anotar su valor en la tabla 4.2 A. 6. Medir el valor de la resistencia de inmersión. Anotar su valor en la tabla 4.2 A. 7. Medir el valor del voltaje de línea. Anotar su valor en la tabla 4.2 A. 8. Sin retirar el termómetro, sumergir la resistencia completamente dentro del calorímetro. Ver figura 4.1 A. 9. Tomar el tiempo con el cronómetro en el momento de conectar la resistencia. 10. Interrumpir el tiempo en el cronómetro cuando la temperatura del agua haya alcanzado los 80°C. Anotar el tiempo en la tabla 4.2 A. Ing. Mecánica –Laboratorio de Termodinámica – FES Aragón -UNAM
  • 6. Practica #4 “Calorimetría” 11. Para determinar el calor especifico del agua a presión constante, utilizar el método de suministro de energía eléctrica, que dice: “Por medio de una resistencia se elevará la temperatura a 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: Calorías = 1 Joule Por lo que el calor cedido por la resistencia a presión constante, sin considerar pérdidas es: El calor ganado por el agua es: Q ganado por él agua = Q cedido res – Q ganado por el calorímetro………………………..1 Y si el calor del agua es: Q agua = mCe agua (T f agua – Ti agua)……………………….2 Igualando 1 y 2 tenemos: mCe agua (T t agua –T i agua) = Q cedido res – Q ganado por el calorímetro Despejando: Si Y Entonces, el calor especifico real de agua para este experimento es: Y el calor especifico ideal del agua, sin considerar las pérdidas de energía en el calorímetro: Ing. Mecánica –Laboratorio de Termodinámica – FES Aragón -UNAM
  • 7. Practica #4 “Calorimetría” Donde: W = Trabajo realizado (Joules) R = Resistencia (Ω) Q = Calor suministrado (J) t = tiempo suministrado de calor (s) V = voltaje de la línea (v) Ing. Mecánica –Laboratorio de Termodinámica – FES Aragón -UNAM