Calorimetria primera ley

1. CALORIMETRÍA: EQUIVALENTE TÉRMICO DEL CALORÍMETRO
*Euyinne Millán R, **Claudia Gutiérrez Q, ***Orley vera Pérez, ****Javier
Mauricio Posada.
*euyinne@hotmail.com, **Claudia.g.q@hotmail.com,***Orley.a.v.p@hotmail.com.
****Javimauros@hotmail.com.
Universidad Santiago de Cali, Facultad de Ciencias Básicas, Programa de Química,
Laboratorio de Fisicoquímica II.
Septiembre/17/2016
RESUMEN
Mediante el estudio de la calorimetría, ciencia que mide la cantidad de calor que cede o absorbe un
cuerpo en el curso de un proceso, se determinó el equivalente térmico del calorímetro, es decir la
capacidad calorífica de los elementos en el proceso, el instrumento más utilizado para estas medidas
es el calorímetro, este un sistema donde la muestra no tiene contacto con la temperatura ambiente,
para así analizar el cambio de calor del proceso fisicoquímico termodinámico que ocurre dentro, Para
determinar el equivalente térmico se utilizó agua a diferentes temperaturas para luego mezclarlas y
medir el cambio de temperatura durante un determinado tiempo hasta ser que este permaneciera
constante El procedimiento se realizó por triplicado obteniendo como resultados equivalentes térmicos
de 40,00 cal/ºC, 33,11 cal/ºC y 41,38 con un errores por defecto -20,-25,-12
PALABRAS CLAVE: Termodinámica, calorimetría, calorímetro, equivalente térmico, temperatura.
INTRODUCCIÓN
La calorimetría es una rama de la termodinámica que mide la cantidad de energía generada en procesos
de intercambio de calor, la calorimetría utiliza el principio de conservación de energía es decir, cuando
dos cuerpos intercambian calor sin interactuar con otros cuerpos, la cantidad de calor recibida por cada
uno de ellos es igual pero de signo contrario a la cantidad de calor cedida por el otro. Esto significa que
la suma de los calores intercambiados es cero1. En el trascurso de determinar equivalente térmico con
el calorímetro se manejó un sistema aislado donde el calor pasa espontáneamente de un cuerpo de
temperatura más alta a otro cuerpo de temperatura más baja hasta alcanzar el equilibrio térmico, con
llevando a que la cantidad de calor recibido por un cuerpo durante una cierta transformación es igual a
la cantidad de calor cedida para realizar la transformación inversa. Con estos principios se determina
equivalente del calorímetro.
Para determinar el equivalente térmico se utiliza un método experimental que es el de mezclar una
cantidad determinada de agua fría con agua caliente (ambas temperaturas conocidas) y pasado un
tiempo medir su temperatura en el equilibrio.

2. Las diferentes técnicas y el equipo que se emplean en calorimetría depende de la naturaleza del proceso
que se estudian, hay diferentes tipos de calorímetros]:
El calorímetro adiabático: este, no permite el intercambio de energía en forma de calor entre la celda y
los alrededores. Y además de ser un sistema aislado permite hacer la relación del calor generado y
diferencia de temperatura.
Calorímetro isoperibolico: aquí la temperatura de los alrededores permanece constante, mientas que la
temperatura del sistema varía con el tiempo.
Bomba calorimétrica: está dividida en dos cámaras en una de ellas se pone una cantidad conocida y
determinada agua apura y en la otra se pone una pequeña cantidad de los reactivos analizar.
Calorímetro de titulación isotérmica Puede determinarse la constante de equilibrio, la estequiometria y
la entalpía de interacciones entre dos moléculas en disolución. Con frecuencia, esas moléculas son una
proteína y un ligando.
Calorímetro de carga seca: Consiste en una carga térmicamente aislada donde se disipa la potencia,
una línea de transmisiónpoco conductora del calor que conecta la entrada con la carga y un termómetro,
usa el principio de carga dual, en el cual una absorbe mientras que la segunda actúa como temperatura
de referencia. Es necesario que los alrededores tengan un gradiente de temperatura constante
Para determinar el equivalente térmico del calorímetro de utilizo un calorímetro adiabático, esto consiste
en adicionar agua dentro del calorímetro cuyo calor específico es exacto pues está dado por definición,
contra él se comparará el calor específico de un cuerpo formado por la sustancia de calor específico
desconocido y así se obtendrá su valor. El dispositivo se complementa con un agitador que tiene el fin
de apresurar el intercambio de calor entre el cuerpo y el agua y un termómetro que permite medir la
temperatura del agua antes de introducir el cuerpo y la temperatura de la mezcla una vez alcanzado el
equilibrio térmico.
El procedimiento consiste en calentar el cuerpo de calor específico desconocido, cuyo volumen ha sido
medido hasta una temperatura conocida, esto se logra colocándolo en un recipiente que contenga agua
en ebullición. Una vez que el cuerpo se encuentra a la temperatura deseada se aparta y se mide 10
veces su temperatura cada 30 segundos, después se introduce rápidamente dentro del calorímetro que
contiene un volumen de agua que también se conoce, a una temperatura que es constante que se mide
con el termómetro propio del calorímetro. Cada 30 segundos se mide la temperatura hasta obtener 10
datos observando equilibrio térmico, para así obtener el calor específico desconocido. Si el calorímetro
es ideal, el recipiente no intercambiará calor con los cuerpos que se introducen en él. Si es real, si lo
hará, y se lo deberá considerar como un cuerpo más.
Figura 1. Calorímetro

3. Al utilizar este ensayo el calorimétrico adiabático lo que más se desea es que fuese un calorímetro ideal
es decir que solo intercambia calor el cuerpo y el agua, pero lo que se espera es que sea un calorímetro
real es decir que el recipiente, el agitador y el termómetro intercambian calor con el agua y el cuerpo y,
por lo tanto, deben ser considerados en los cálculos.
DATOS EXPERIMENTALES
Se obtuvieron las medidas de temperatura por triplicado para el agua caliente (Tac), agua fría (Taf ) y la
mezcla agua caliente/fría más el calorímetro (Teq).
Tabla 1. Temperaturas de agua fría (Taf ), caliente (Tac), y de la mezcla (Teq). en función del tiempo.
tiempo (s)
T 1 af H2Ofria + cal,
°C
Promedio T2ac H2Ocaliente, °C Promedio T3eq Mezcla °C Promedio
N 1 2 3 1 2 3 1 2 3
0 26 28 27 27 80 80 80 80 44 46 45 45
30 26 28 27 27 78 78 78 78 43 45 44 44
60 26 28 27 27 74 76 76 75 43 45 44 44
90 26 28 27 27 72 75 74 74 43 45 43 44
120 26 28 27 27 70 73 72 72 42 44 43 43
150 26 28 27 27 68 72 70 70 42 44 43 43
180 26 28 27 27 67 70 69 69 42 44 43 43
210 26 28 27 27 66 69 68 68 42 44 43 43
240 26 28 27 27 65 68 68 67 42 44 43 43
270 26 28 27 27 64 67 67 66 42 44 43 43
300 26 28 27 27 63 66 66 65 42 44 42 43
Tabla 2. Masa del agua utilizada para cada medición.
N M1 ac (g) M2 af (g)
1
2
3
45
44
47
50
50
50
Se considera la densidad del agua igual a 1 g/mL. Por tanto, para 50 mL de agua al multiplicar por la
densidad se obtiene una masa de 50 gramos que es la masa del agua fría o a temperatura ambiente.
Para el agua caliente, se obtuvieron masas diferentes debidas que la densidad es afectada por las
temperaturas y al estar a una mayor temperatura va variar el volumen.
CÁLCULOS
Calculo del equivalente térmico del calorímetro.
𝐸𝑞𝑢𝑖𝑣𝑎𝑙𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑡𝑒𝑟𝑚𝑖𝑐𝑜 ( 𝐸𝑇) =
𝑚 𝑎𝑐 . 𝑐 𝑎𝑐 . (𝑇𝑎𝑐 − 𝑇𝑒𝑞)
(𝑇𝑒𝑞 − 𝑇𝑎𝑓)
− 𝑚 𝑎𝑓. 𝑐 𝑎𝑓 [1]

4. Donde:
A partir de la ecuación anterior y reemplazando en ella, se obtiene el cálculo del equivalente térmico del
calorímetro para la primera medición.
𝐸𝑇 = 45𝑔 ∗ 1 𝐶𝑎𝑙 .
(80 − 44)º𝐶
(44 − 26)
− 50𝑔. 1𝐶𝑎𝑙 𝑔 . º𝐶⁄
𝐸𝑇 = 40 𝐶𝑎𝑙/º𝐶
Se tiene entonces que el equivalente térmico del calorímetro para la primera medición es 107,5 cal/ºC.
Para la segunda y tercera medición se calculó de la misma forma el equivalente térmico del calorímetro.
Segunda medición:
𝐸𝑇 = 44 𝑔 ∗ 1 𝐶𝑎𝑙 .
(80 − 46)º𝐶
(46 − 28)
− 50𝑔. 1𝐶𝑎𝑙 𝑔 . º𝐶⁄
𝐸𝑇 = 33.11 𝐶𝑎𝑙/º𝐶
Tercera medición:
𝐸𝑇 = 47𝑔 ∗ 1 𝐶𝑎𝑙 .
(80 − 45)º𝐶
(45 − 27)
− 50𝑔.1𝐶𝑎𝑙 𝑔 .º𝐶⁄
𝑐 = 41,38 𝐶𝑎𝑙/º𝐶
Cálculo del valor teórico del equivalente térmico
Se calcula el equivalente térmico del calorímetro considerando que la masa del agua fría como caliente
es igual a 50 g. Las temperaturas en cada medición son valores experimentales.
𝐸𝑇 =
50𝑔 . 1 𝐶𝑎𝑙 𝑔. º𝐶 . (80 − 38)º𝐶⁄
(38 − 26)
− 50𝑔. 1𝐶𝑎𝑙 𝑔 .º𝐶⁄
𝐾 = 50 𝐶𝑎𝑙/º𝐶
La ecuación anterior fue aplicada para la primera medición obteniéndose como valor teórico 50 cal/ºC.
De igual forma se calculó este valor para la segunda y la tercera medición obteniéndose 44,44cal/ºC y
47.22 cal/ºC respectivamente.
Cálculo del equivalente térmico medio (experimental)
𝐸𝑇̅̅̅̅ =
∑ 𝐸𝑇1
𝑛 𝑖
[2]
𝐸𝑇̅̅̅̅̅ =
( 40 + 33.11 + 41,38) 𝐶𝑎𝑙/º𝐶
3

5. 𝐸𝑇𝐸
̅̅̅̅̅ = 38,16 𝐶𝑎𝑙/º𝐶
∗ 𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑡𝑒𝑟𝑚𝑖𝑐𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑐𝑎𝑙𝑜𝑟𝑖𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜
Cálculo del equivalente térmico medio (real o teórico)
Utilizando los datos obtenidos de los valores teóricos se calcula el equivalente térmico medio real o
teórico.
𝐸𝑇𝐸
̅̅̅̅̅̅ =
(50 + 44.44 + 47.22) 𝐶𝑎𝑙/º𝐶
3
𝐾𝐸
̅̅̅̅ = 47,22 𝐶𝑎𝑙/º𝐶
ERRORES
Calculo del error absoluto
Se tiene que el error absoluto está dado por:
𝐸 𝐴 = 𝑣𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑒𝑥𝑝𝑒𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑙 − 𝑣𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖𝑐𝑜 [3]
A partir de los valores experimentales y teóricos el error absoluto en cada medición se consta en la
siguiente tabla.
Tabla 3. Error absoluto en las tres mediciones.
Ensayo
Equivalente térmico
valor experimental (Ve)
Equivalente térmico
valor real o teórico (Vt)
Error absoluto (Ve – Vt)
1 40,00 50,00 -10,0 cal/ºC
2 33,11 44,44 -11,33 cal/ºC
3 41,38 47,22 -5,84 cal/ºC
Promedio 38 47
El error relativo y error relativo porcentual es el cociente (la división) entre el error absoluto y el
valor exacto. Si se multiplica por 100 se obtiene el tanto por ciento (%) de error. Al igual que el error
absoluto puede ser positivo o negativo (según lo sea el error absoluto) porque puede ser por exceso o
por defecto. No tiene unidad
Para calcular el error relativo se divide el error absoluto obtenido en la tabla 3 entre el valor real para
cada medición. Al multiplicar por 100% obtiene el error relativo porcentual (ecuación 4).

6. 𝐸 𝑅 =
𝐸 𝐴
𝑥 𝑣
∗ 100% [4]
Reemplazando en la formula, se calcula entonces el error relativo y error relativo porcentual en las tres
mediciones.
Numero de Ensayo Error relativo Error relativo porcentual
1 -0,20 -20
2 -0,25 -25
3 -0,12 -12
Promedio -0,19 -19
Discusión de resultados
El calorímetro es un instrumento de múltiples uso que nos permite medir la cantidad de calor que cede
o absorbe un cuerpo, el calorímetro que se utilizo fue adiabático es decir que no tiene contacto con la
temperatura del medio y aplicando los principios de la termodinámica sedeterminó el equivalente térmico
del calorímetro. Como se observa en los tres ensayos donde el agua con temperatura ambiente fue
depositada dentro en el calorímetro no presento ningún cambio de temperatura en el trascurso del
tiempo, mientras que la muestra que se llevó a una temperatura ambiente de 80 °C centígrados
empezó bajar su temperatura al momento de quitarlo del mechero indicando que el agua caliente
busca estar a la temperatura en que se encuentra el medio y estar en equilibrio térmico posteriormente
cuando se añade con la otra cantidad de agua que se encuentra en el calorímetro se produce un
intercambio de calor hasta que se alcanza el equilibrio térmico, con una temperatura final Tf . El aislante
del calorímetro asegura que el calor cedido por la sustancia caliente sea absorbido por la fría, sin que
haya pérdidas, Si el calorímetro es ideal, el recipiente no intercambiará calor con los cuerpos que se
introducen en él. Si es real, y lo es, se debe considerar como un cuerpo más, en este caso el recipiente,
el agitador y el termómetro intercambian calor con el agua y el cuerpo y por lo tanto se deben tener en
cuenta en los cálculos, y asi para obtener el calor específico en el caso del calorímetro real, se tienen
en cuenta que ahora son tres los cuerpos que intercambian calor: el cuerpo, el agua y el calorímetro,
por lo tanto:
∑ 𝑄𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟𝑐𝑎𝑚𝑏𝑖𝑑𝑜𝑠 = 0 → 𝑄 𝑐𝑢𝑒𝑟𝑝𝑜 + 𝑄 𝑎𝑔𝑢𝑎 + 𝑄 𝑐𝑎𝑙𝑜𝑟𝑖𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 = 0

Estos elementos que conforman el calorímetro (recipiente, agitador y termómetro absorben calor. Estos
componentes son de distintos materiales y distintas masas lo que hace difícil evaluar la cantidad de calor
que intercambian. Por esta razón se define el equivalente en agua del calorímetro de la siguiente
manera:
-El equivalente en agua de un calorímetro es una masa ficticia de agua que absorbe la misma cantidad
de calor que todos los elementos que componen el calorímetro y se lo indica con la letra “π”. Por
supuesto que se mide en gramos.
-Cada calorímetro tiene su equivalente en agua que se obtiene experimentalmente según un
procedimiento

7. Al medir el poder calorímetro se observaron cómo se ve reflexionada el cambio de temperaturas de
acuerdo al medio sometido, como se observa en cada ensayo , el agua que se encuentra en el
calorímetro no se ve afectada permaneciendo siempre constante, mientras el agua que se llevó a una
temperatura de 80 °C centígrados empieza a bajar su temperatura constantemente como se muestra
en la siguiente imagen.
Imagen 1. Temperatura en función del tiempo
Cuando se realiza la unificación del agua a temperatura ambiente y agua caliente dentro del
calorímetro se observa un equilibrio térmico muy rápido como se muestra en las imágenes es debido
la trasferencia de calor , en cada ensayo se observa el mismo comportamiento , lo cual se puede
terminar el equivalente térmico del calorímetro , se utiliza agua para determinar el poder calorífico
debido a que Como el calor especifico del agua es 1cal/ ºC gr, esto equivale a considerar una masa de
gramos de agua, que absorbería (o cedería) la mismacantidad de calor que el calorímetro, para la misma
variación de temperatura.
El equivalente térmico del calorímetro promedio fue de 38 𝐶𝑎𝑙/º𝐶 con un error por defecto del -19 %
errores que se le atribuyen como el intercambio con el termómetro o la varilla de agitación ya que el
calor también pudo haber cedidos estos cuerpos, con el equivalente térmico del calorímetro se puede
determinar las equivalente térmico de otras sustancias, ya que constituye una medida con la suficiente
exactitud para realizar pruebas de calor confiables a diferentes materiales en el calorímetro. para así
poder ser utilizado en las industrias y en proyectos debido a que es una herramienta fácil de manejar.

8. CONCLUSIONES
 Para determinar el equivalente térmico del calorímetro se tomaron los conceptos del a ley cero
de la termodinámica y el Principio de conservación de la energía.
.
 Se determinó el equivalente térmico del calorímetro de forma experimental por triplicado,
obteniéndose resultados de 40,00 cal/ºC, 33,11 cal/ºC y 41,38 con un errores por defecto -20,-
25,-12.
 El calorímetro a presión constante se utiliza para medir los cambios de calor que ocurren en los
procesos físicos y químicos. En este dispositivo pueden hallarse el cambio de calor de muchas
reacciones químicas que absorban o liberen calor.
 Se determinó que el equivalente térmico del calorímetro corresponde al mismo calor absorbido
o liberado por el agua, ya que el calor especifico del agua es 1cal/ ºC gr, esto equivale a
considerar una masa de gramos de agua, que absorbería (o cedería) la misma cantidad de calor
que el calorímetro, para la misma variación de temperatura.
BIBLIOGRÁFIA
1
TELEFORMACION, Calorímetro: Equivalente en agua. Recuperado de:
http://teleformacion.edu.aytolacoruna.es/FISICA/document/fisicaInteractiva/Calor/calorimetro.htm. 27
de Mar. de 16.
2
CAM, Termometría y calorimetría: Calorimetría. 28 p. Recuperado de:
http://www.cam.educaciondigital.net/fisica/apuntes/calormarin.pdf. 27 de Mar. de 16.
3
CHANG, R., Termodinámica: Calorimetría. México DF: Mac Graw Hill, 2010. 245 p. (Miembro de la
Cámara Nacional de la Industria Editorial Mexicana, Reg. Núm. 736) ISBN 970-10-6111-X
4
REIF, Frederick; Física estadística. Volumen 5 de Berkeley Physic Course, Eyvind H. Wichmann, ISBN;
Reverte, 1996; 432 paginas- pagina 209-210.
5
BASTIAN, Peter; Electrotecnia, Volumen 1 de ciclos formativos; Ediciones AKAL,2001; 560 paginas;
Pagina 526-529.
6
ELECTRODINAMICA, Ejemplos de conductores y aislantes. Recuperado de:
http://experienciasdeelectrodinamica-rosario.blogspot.com.co/2012/09/guia-de-experiencia-2_30.html.
27 de Mar. de 16.

9. ANEXO
CUESTIONARIO
1. ¿Qué es el frasco de Dewar y para qué sirve?
Un vaso de Dewar es empleado para trabajar a bajas temperaturas; es semejante a los
termos que se utilizan para conservar los alimentos. Pueden hacerse de vidrio o metálicos
y sirve para mantener térmicamente aislado del medio exterior a un líquido colocado en su
interior. El aislamiento térmico se consigue por el espacio en el que se ha hecho el vacío
entre las dos paredes. El vaso se cierra con una tapa hecha de material aislante, con dos
orificios por los que salen un termómetro y elagitador4
2. ¿Qué es un material aislante y unos ejemplos?
Los materiales aislantes son malos conductores eléctricos, que impiden el flujo incontrolado
de una corriente eléctrica, por ejemplo, en el aislamiento de un conductor eléctrico. Los
materiales impiden el contacto metálico entre conductores (aislamiento de trabajo) o
impiden que pueda pasar una corriente si se toca la envolvente del cable (aislamiento de
protección).5
Materiales aislante térmicos ejemplos: Aluminio, vacío, algodón, corcho, aerogel, Lana de
Vidrio, Virutas de madera, lino, cáñamo, Etc.
Materiales aislantes eléctricos ejemplos: Teflón, Mylar; cerámica, losa, Plástico, Cuarzo,
vidrio, porcelana, madera, hule, Mica, etc.6
3. ¿Qué es un aceite Dieléctrico y cuál es la diferencia con el aceite térmico?
Los aceites dieléctricos se obtienen a partir de bases naftenicas de bajo punto de fluidez,
libres de ceras y sometidas a procesos de refinación de extracción por solventes y de
tratamiento con hidrogeno; presentan buenas propiedades como aislantes, las cuales
dependen en su totalidad de la ausencia de impurezas, tales como suciedad, materias
extrañas y agua en pequeñas cantidades que pueden disminuir operacionalmente la rigidez
dieléctrica.
Mientras el aceite térmico es el encargado del transporte de calor para distintos procesos.
4. Explique que es el equivalente térmico del calorímetro en sus palabras.
El equivalente térmico es determinar la capacidad calorífica de los elementos que
conforman el calorímetro a partir del equivalente térmico del agua debido a que esta es en
sí es la masa del agua, de igual valor a la suma de las capacidades caloríficas de los
elementos del calorímetro.