CAPACIDAD CALORÍFICA DE UN CALORÍMETRO Jhonny A. Muñoz (Universidad del Cauca, B/ Villa Docente,
[email protected], Popayán).
Resumen: La práctica se realizó teniendo como objetivo determinar los valores de la cantidad de calor cedido por el agua del calentador y calor ganado por el agua del calorímetro debido a que el agua más caliente le sede energía calorífica al agua con menos temperatura, entonces la idea es observar que ocurre en el proceso de transferencia de calor de un liquido hacia el otro y determinar a qué se debe dicho fenómeno y además el Equivalente en Agua del Calorímetro. Palabras claves: Temperatura, masa, calorímetro, equivalente de temperatura, calor específico, estabilización térmica.
1. INTRODUCCIÓN Dos líquidos pueden en un momento dado tener la misma temperatura y sin embargo haber recibido cantidades diferentes de calor ya sea por que absorben calor en diferentes diferentes proporciones, proporciones, o porque hay diferentes cantidades del mismo liquido. Cuando se tienen un liquido de una masa m 1 a una cierta temperatura en un recipiente y además un liquido de una masa m 2 con una temperatura distinta a la del liquido de m 1 y se juntan los dos líquidos se obtiene un proceso de transferencia de energía, en donde el liquido que tiene mayor temperatura le transfiere energía en forma de calor al de menor temperatura. Esta transferencia de energía ocurre hasta que en el sistema ocurra un equilibrio térmico el cual ocurre cerca de la temperatura del líquido que presenta mayor masa. masa.
La cantidad de calor Q que se transfiere desde el líquido caliente, o la que absorbe el frío, responde a la expresión: (1) Donde m es la masa del líquido, Ce su calor específico y T la variación de temperatura que experimentan.
Donde m es la masa del líquido. Ce es el calor específico. temperatura. T la variación de temperatura.
1.1 Marco Teórico 1.1.1 Capacidad calorífica y calor específico. La capacidad calorífica de un cuerpo es el cociente entre la cantidad de energía calorífica transferida a un cuerpo o sistema en un proceso cualquiera y el
cambio de temperatura que experimenta. Es la energía necesaria para aumentar la temperatura de una determinada sustancia en una unidad térmica. Indica la mayor o menor dificultad que presenta dicho cuerpo para experimentar cambios de temperatura bajo el suministro de calor. El calor específico es una magnitud física y se define como la cantidad de calor que hay que suministrar a la unidad de masa de una sustancia o sistema termodinámico para elevar su temperatura en una unidad. 1.1.2. Determinar la capacidad calorífica de un calorímetro.
Una de las formas de determinar el calor latente de cambio de estado es por el método de las mezclas. Consiste en mezclar dos sustancias(o una misma en dos estados de agregación distintos) a diferentes temperaturas y presión constante, de manera que una de ellas ceda calor a la otra y la temperatura del equilibrio final es tal que una de ellas al alcanzarla, realiza un cambio de estado. Es una condición importante es que no haya perdidas caloríficas con el medio exterior. Esto lo conseguimos ubicando la mezcla en el calorímetro, que hace prácticamente despreciable esta pérdida calorífica hacia el exterior. Obviamente se ha de tener en cuenta la cantidad de calor absorbida por el calorímetro. El Calorímetro es un instrumento que sirve para medir las cantidades de calor suministradas o recibidas por los cuerpos. Antes de realizar cualquier experimento es necesario calibrarlo, esto es, determinar su capacidad calorífica. Supongamos que la mezcla está constituida por una masa m1, a temperatura T1 y otra m2 de otro cuerpo a temperatura T2 que supondremos mayor que T1 y llamaremos Ca al calor específico del agua y Cb al calor específico del otro cuerpo. La mezcla adquirirá una temperatura de equilibrio Tf , para lo cual la masa m1 ha absorbido (ganado) calor y la masa m2 ha cedido (perdido) calor; esto es:
De la educación anterior podemos obtener el calor específico de un calorímetro cuyo valor no se conoce, a partir de otras muestras o sustancias conocidas:
Esta práctica se basa en la ecuación de equilibrio térmico (2). En la elaboración del del presente informe la formula formula que se utilizara para calcular el equivalente en agua de un calorímetro esta expresada de la siguiente forma:
Se introdujo en el calorímetro una masa de agua, con m1 de 250,09g que previamente se midió en la probeta graduada, posteriormente se tomo el valor de la temperatura luego de que esta se estabilizo T1 luego de tapar el calorímetro y agitar el agua.
2.1 Metodología.
Luego se introdujo en el calentador eléctrico una masa de agua m2 de 250,14g para luego encender el calentador eléctrico que posteriormente se tapo y se agito hasta lograr que la temperatura temperatura T2 del agua agua dentro de este fuera mayor a 60°C (en este caso fue 65°C), se apagó y desconectó el calentador. Cuando se estabilizo la temperatura deseada en T2, se procedió rápidamente a verter el agua del calentador en el calorímetro. Se tapó el calorímetro para luego proceder a agitar la mezcla dentro de este y posteriormente se tomó el valor de la temperatura de estabilización resultante pasados unos instantes. 2.2 Datos obtenidos durante la práctica.
m1 = 250,09g
m2 = 250,14g
Donde: Es la temperatura del calorímetro y del mismo.
T1 = 21°C
T 2 = 65°C
es es la masa
(5)
2. METODOLOGÍA Y DATOS OBTENIDOS DURANTE LA PRÁCTICA
mc
T f = 42°C
La caloría (Símbolo cal) es una unidad de energía del Sistema Técnico de Unidades, basada en el calor específico del agua. Aunque en el uso científico y técnico actuales actuales la unidad de energía energía es el Julio Julio (del S.I.), todavía se utiliza la caloría para expresar el poder energético de los alimentos. alimentos.
3. RESULTADOS 3.1 Calculo de la cantidad de calor calor Q transferido.
3.1.1 Calor cedido
Se define la caloría como la cantidad de energía calorífica necesaria para elevar la temperatura de un gramo de agua pura en 1°C (desde 14,5°C a 15,5°C), una presión normal de una atmosfera. Una caloría (cal) equivale exactamente a 4,1869 julios (J).
Qc = ( ) Qc = -5,7589 kcal 3.1.2 Calor ganado
Qg = ( ( ) Qg = 5,2466 kcal 3.2 Calculo calorímetro.
del
equivalente
en
agua
de
un
3.3. Tablas de resultados.
m1 (g) 250,09
m2 (g) 250,14
T1 (°C) 21
T 2 (°C) 65
Tf (°C) 42
E (Kg) 0,2284
QC (cal) 5758,9
Qg (cal) 5246,6
4. ANÁLISIS 4.1 Desarrollo del cuestionario.
Defina la caloría, el calor específico de una sustancia y la capacidad calorífica de un cuerpo.
El calor específico o más formalmente la capacidad calorífica específica de una sustancia es una magnitud física que indica la capacidad de un material para almacenar energía interna en forma de calor. De manera formal es la energía necesaria para incrementar en una unidad de temperatura una cantidad de sustancia; usando el SI es la cantidad de julios de energía necesaria para elevar en un 1 K la temperatura de 1 kg de masa. Se la representa por lo general con la letra (c). El calor específico también se puede definir como la cantidad de calor que se debe suministrar a una unidad de masa determinada para elevarle la temperatura en 1°C.
La capacidad calorífica (C) de un cuerpo es el cociente entre la cantidad de energía calorífica transferida a un cuerpo o sistema en un proceso cualquiera y el cambio de temperatura que experimenta. Es la energía necesaria para aumentar la temperatura de una determinada sustancia en una unidad térmica. Indica la mayor o menor dificultad que presenta dicho cuerpo para experimentar cambios de temperatura bajo el suministro de calor. En otras palabras, la capacidad calorífica (C) es la cantidad de energía necesaria para elevar en 1°C la temperatura de una muestra determinada de material.
¿Tiene sentido hablar de la capacidad calorífica de una sustancia?
Si, debido a que la capacidad calorífica de una sustancia es una magnitud que indica la mayor o menor dificultad que presenta dicha sustancia para experimentar cambios de temperatura bajo el suministro de calor.
¿Por qué es usual expresar la capacidad calorífica de un calorímetro en “gramos de agua”?
Porque la temperatura es directamente proporcional a la cantidad de agua en gramos, esto es. Porque los gramos (medidas de masa) son equivalentes a los mililitros (medida de volumen de un líquido) a veces se cambian las unidades pero son equivalentes (tienen otro nombre pero tienen el mismo valor real). De ejemplos de aplicación ingenieril sobre este fenómeno.
En el manejo de transformadores o maquinas eléctricas; En cualquier proceso en el que sean utilizados existe un movimiento de estos lo cual genera energía y parte de esta se convierte en calor por eso es necesario conocer la capacidad de resistencia de estas maquinas. En el proceso de control y automatización de un congelador cuyo fin es mantener alguna muestra o sustancia a una temperatura constante, este debe saber qué cantidad de energía debe aplicarle o restarle a la muestra para que esta mantenga su temperatura estable sin importar los cambios en el exterior. En todos los procesos industriales en los que se trabajen con energías eléctricas u otras que como resultado del proceso generan calor calor a altas o bajas temperaturas. 5. CONCLUSIONES En la práctica del laboratorio pudimos observar que ante la casi igual magnitud de las masas de agua y a diferentes temperaturas pudimos comprobar la ecuación del principio de equilibrio térmico debido a que la cantidad de calor cedido por m2 fue casi igual a la de calor ganado m1. El equilibrio térmico se establece entre sustancias en contacto térmico por la transferencia de energía, en este caso calor; para calcular la temperatura de equilibrio es necesario recurrir a la conservación de energía ya que al no efectuarse trabajo mecánico la energía térmica total del sistema se mantiene. Distintas sustancias tienen diferentes capacidades para almacenar energía interna al igual que para absorber energía ya que una parte de la energía hace
aumentar la rapidez de translación de las moléculas y este tipo de movimiento es el responsable del aumento en la temperatura. El calor específico es una propiedad intensiva de la materia, por lo que es representativa de cada sustancia; por el contrario, la capacidad calorífica es una propiedad extensiva representativa de cada cuerpo o sistema en particular. La Capacidad Calorífica (C) de una sustancia es una magnitud que indica la mayor o menor dificultad que presenta dicha sustancia para experimentar cambios ca mbios de temperatura bajo el suministro de calor El calor específico de una sustancia o sistema termodinámico es una magnitud física que se define como la cantidad de calor que hay que suministrar a la unidad de masa del sistema considerado para elevar su temperatura en una unidad (kelvin o grado Celsius) a partir de una temperatura dada. Aumentando la masa de una sustancia, aumentamos su capacidad calorífica, y con ello aumenta la dificultad de la sustancia para variar su temperatura . La influencia del calorímetro se puede identificar por su equivalente en agua (Kg), que se define como la cantidad de agua cuya capacidad calorífica es Ck. Por ser el calor específico del agua , el equivalente en agua es la capacidad calorífica del calorímetro Pero expresada en gramos. REFERENCIAS Streeter, Víctor, Wylie, E. Benjamín; Bedford, Keith W. Mecánica de fluidos. Mc Graw Hill. Tomas, A Moore, Fisica Seis Ideas Fundamentales. MCGRAW HILL. http://es.wikipedia.org/wiki/Calor http://es.wikipe dia.org/wiki/Calor_espec%C3%ADfi _espec%C3%ADfi co.. co http://www.upo.es/depa/webdex/quimfis/docencia/qu imbiotec/FQpractica5.pdf SERWAY, Raymond A. Física, Cuarta Edición. Editorial McGraw-Hill, 1996.LEA Y BURQUE. University Laboratory Volumen1. Edición94/95.
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