e10 Calores Especificos 1

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Universidad Nacional Mayor de San MarcosFCF

Escuela Mecánica de Fluidos

I. OBJETIVO

Calcular experimentalmente el calor específico de un cuerpo desconocido mediante el método de las mezclas.

II. MATERIALES/EQUIPOS

1 equipo de calentamiento 1 soporte universal 1 calorímetro de mezclas 1 probeta graduada, 100 ml 1 balanza Muestras metálicas 1 clamp 1 varilla metálica 1 termómetro 1 vaso de precipitados, 500 ml de agua potable

III. FUNDAMENTO TEORICO

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Calor-. El calor se define como la energía que atraviesa la frontera de un sistema debido a una diferencia de temperaturas entre dicho sistema y sus alrededores. Una notación conveniente es el calor por unidad de masa, q:

q=Qm

La cantidad de calor seria absorbida por masas de una misma sustancia sólida directamente proporcionales a la variación de la temperatura.

QT

=Q,

T

La definición más difundida sobre el calor dice que: “Es la energía que se manifiesta debido a los continuos movimientos de las moléculas, las cuales en el seno de la materia entrechocan constantemente”. Para nuestros fines llamaremos calor a la energía que pasa de un cuerpo a otro en virtud únicamente de una diferencia de temperaturas entre ellos, por lo tanto el calor perdido de un cuerpo caliente es igual al calor recibido por el resto del sistema. Cuando a un cuerpo se le suministra cierta cantidad de calor su temperatura experimenta un aumento (variación) ∆T.

Capacidad calorífica(C): La relación de la cantidad de calor aplicada a un cuerpo a su correspondiente elevación de temperatura. También se define como la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura en un grado.

C= ΔQΔT

Calor específico (Ce).- La cantidad de calor necesaria para aumentar en un grado la temperatura de una unidad de masa de una sustancia se conoce como calor específico. Si el calentamiento se produce manteniendo constante el volumen de la sustancia o su presión, se habla de calor específico a volumen constante o a presión constante. En todas las sustancias, el primero siempre es menor o igual que el segundo. El calor específico del agua a 15 ° C es de 4.185,5 julios por kilogramo y grado Celsius. En el caso del agua y de otras sustancias prácticamente incompresibles, no es necesario distinguir entre los calores específicos a volumen constante y presión constante ya que son aproximadamente iguales. Generalmente, los dos calores específicos de una sustancia dependen de la temperatura.

Ce= cm

= ΔQ /ΔTm

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Determinación del equivalente en agua del calorímetro

Se ponen M gramos de agua en el calorímetro, se agita, y después de un poco de tiempo, se mide su temperatura T0. A continuación se vierten m gramos de agua a la temperatura T. Se agita la mezcla y después de un poco de tiempo, se mide la temperatura de equilibrio Te. Como el calorímetro es un sistema adiabáticamente asilado tendremos que:(M+k)(Te-T0)+m (Te-T)=0

Determinación del calor específico del sólido

Se ponen M gramos de agua en el calorímetro, se agita, y después de un poco de tiempo, se mide su temperatura T0. A continuación, se deposita la pieza de sólido rápidamente en el calorímetro. Se agita, y después de un cierto tiempo se alcanza la temperatura de equilibrio Te. Se pesa con una balanza una pieza de material sólido de

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calor específico desconocido, resultando m su masa. Se pone la pieza en agua casi hirviendo a la temperatura T. Se apuntan los datos y se despeja c de la fórmula que hemos deducido en el primer apartado.

La experiencia real se debe hacer con mucho cuidado, para que la medida del calor específico sea suficientemente precisa. Tenemos que tener en cuenta el intercambio de calor entre el calorímetro y la atmósfera que viene expresado por la denominada ley del enfriamiento de Newton.

IV. PROCEDIMIENTO

Montaje: Determinación del equivalente en agua del calorímetro

1. Monte el equipo como muestra el diseño experimental en la guía. 2. Coloque en el calorímetro una masa de 150 g de agua (para la medida del

volumen utilice la probeta graduada).3. Tome la temperatura en el calorímetro. 4. Mida la masa de la primera muestra cilíndrica y complete la tabla 1.

magua 150gTa 22

mc 51.4 Tc 22

5. Deposite la muestra en el vaso de precipitados que contiene 500 ml de agua y sométela a la acción térmica, hasta que alcance la temperatura de ebullición.

6. Deje hervir la muestra de 7 a 10 minutos. 7. Retire la muestra del agua caliente e introdúzcala rápidamente en el calorímetro.

Tápelo inmediatamente. Anote la temperatura en el momento que llegue al equilibrio Te.

8. Realice la misma operación con muestras de sustancias diferentes. Coloque en el vaso con agua a hervor una muestra cada vez.

9. Complete la tabla 2 y determine el calor específico de las muestras. No olvide acompañar a cada valor su error experimental.

Bloque Muestra1 Muestra2 Muestra3Ta (°C) 22 22 22TC (°C) 100 99 99Te (°C) 24 24 26mc (g) 51.4 107.8 69.8

c (cal/g.°C)

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V. EVALUACIÓN

1. A partir de los datos de la tabla 2 y la ecuación (4) halle los calores específicos de los bloques utilizados en la experiencia.

MUESTRA 1 MUESTRA 2 MUESTRA 3

CALORES ESPECIFICOS

Cal/°C g0.124 0.0396 0.126

Muestra C1 (51.4)(C)(100-24) = 45.9(0.22)(24-22) + (150)(1)(24-22)C1 =0.081cal/°C g cobre

Muestra C2:(107.8)(99-24)(C) = 45.9(0.22)(24-22) + (150)(1)(24-22)C2 = 0.039cal/°C g plomo

Muestra C3:(69.8)(C)(99-26) = 45.9(0.22)(26-22) + (150)(1)(26-22)C4 = 0.126cal/°C g aluminio

VI. TAREA

1. Busque los valores teóricos de los calores específicos de los bloques trabajados en clase y halle el error porcentual con los valores que Ud. Hallo en el laboratorio. Si el error le sale mayor a 10%, justifique ¿por qué?.

Muestra C1

E%=|0.093−0.0810.093 |x 100%=12.9%

Muestra C2:

E%=|0.031−0.0390.031 |x100%=−25.8%

Muestra C3:

E%=|0.214−0.1260.214 |x100%=41.1%

Posibles causas de error:

Error al medir la temperatura. Al tomar el peso del agua. El no haber enfriado totalmente el calorímetro, después de cada experiencia.

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2. ¿Qué es un calorímetro? Describa y explique cómo funciona.

Un calorímetro es un objeto utilizado para la calorimetría, o el proceso de medir el calor de las reacciones químicas o cambios físicos, así como la capacidad de calor. Un calorímetro sencillo simplemente consiste en un termómetro conectado a un contenedor de metal lleno de agua suspendida sobre una cámara de combustión.

Para encontrar el cambio de entalpía por mol de una sustancia A en una reacción entre dos sustancias A y B, se añaden las sustancias a un calorímetro y la temperatura inicial y final se tomó nota. Multiplicando el cambio de temperatura por las capacidades de calor y de masa específica de las sustancias da un valor para la energía emitida o absorbida durante la reacción. Dividiendo el cambio de energía por la cantidad de moles de A estaban presentes da su cambio de entalpía de reacción. Este método se utiliza principalmente en la enseñanza académica como lo describe la teoría de la calorimetría. No tiene en cuenta la pérdida de calor a través del recipiente o de la capacidad de calor del termómetro y el propio recipiente. Además, el objeto colocado en el interior del calorímetro muestra que los objetos transfieren su calor al calorímetro y en el líquido, y el calor absorbido por el calorímetro y el líquido es igual al calor desprendido por los metales.

3. Investigue cuando tipos de calorímetros hay en el mercado y cuáles son sus usos de cada uno de ellos.

Calorímetros adiabáticosUn calorímetro adiabático es un calorímetro usado para examinar una reacción descontrolada. Dado que el calorímetro se ejecuta en un entorno adiabático, cualquier calor generado por la muestra de material bajo prueba hace que la muestra para aumentar la temperatura, alimentando así la reacción.

No se calorímetro adiabático es adiabático - algo de calor se pierde por la muestra para el soporte de la muestra. Un factor de corrección matemática, conocida como el factor de phi-, se puede utilizar para ajustar el resultado calorimétrico para tener en cuenta estas pérdidas de calor. La phi-factor es la relación de la masa térmica de la muestra y de la muestra titular a la masa térmica de la muestra solo.

Calorímetros de ReacciónUn calorímetro es un calorímetro de reacción en el que se inicia una reacción química dentro de un contenedor aislado cerrado. La reacción se calienta y se miden la cantidad total de calor se obtiene mediante la integración de flujo de calor en función del tiempo. Este es el estándar que se utiliza en la industria para medir calienta ya que los procesos industriales están diseñados para funcionar a temperaturas constantes. Calorimetría de reacción también se puede utilizar para determinar la velocidad máxima de liberación de calor para la ingeniería de proceso químico y para el seguimiento de la cinética de las reacciones globales.

Calorímetros Bomb

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Un calorímetro de bomba es un tipo de calorímetro de volumen constante utilizada en la medición del calor de combustión de una reacción particular. Calorímetros bomba tienen que soportar la gran presión dentro del calorímetro como se mide la reacción. La energía eléctrica se utiliza para encender el combustible; como el combustible se quema, se calentará el aire circundante, que se expande y escapa a través de un tubo que conduce el aire hacia fuera del calorímetro. Cuando el aire se escapa a través de la tubería de cobre también se calentará el agua fuera del tubo. La temperatura del agua permite que para el cálculo de contenido de calorías del combustible.

Calorímetros de tipo CalvetLa detección se basa en un sensor medidor de flujo en tres dimensiones. El elemento medidor de flujo consiste en un anillo de varios termopares en serie. La termopila correspondiente de alta conductividad térmica rodea el espacio experimental dentro del bloque calorimétrico. La disposición radial de las termopilas garantiza una integración casi completa del calor. Esto se verifica por el cálculo del ratio de eficiencia que indica que un valor promedio de 94% +/- 1% del calor se transmite a través del sensor en la gama de temperatura de la de tipo Calvet calorímetro. En esta configuración, la sensibilidad del calorímetro no se ve afectada por el crisol, el tipo de purgegas, o la velocidad de flujo. La principal ventaja de la configuración es el aumento de tamaño del buque experimental y por consiguiente el tamaño de la muestra, sin afectar a la precisión de la medición calorimétrica.

Calorímetro de presión constanteUn calorímetro de presión constante mide el cambio de entalpía de una reacción que se produce en solución durante el cual la presión atmosférica se mantiene constante.

Calorímetro de barrido diferencialEn un calorímetro diferencial de barrido, el flujo de calor en una muestra-por lo general contenida en una cápsula de aluminio pequeña o 'pan'-se mide diferencialmente, es decir, por comparación con el flujo en un platillo de referencia vacía.En un flujo de calor DSC, ambas bandejas se sientan en un pequeño bloque de material con una resistencia al calor conocida K. La temperatura del calorímetro se eleva linealmente con el tiempo, es decir, la velocidad de calentamiento dT/dt = se mantiene constante. Esta vez linealidad requiere un buen diseño y un buen control de la temperatura. Por supuesto, los experimentos de enfriamiento isotérmico y controlado también son posibles.El calor fluye en las dos bandejas por conducción. El flujo de calor en la muestra es mayor debido a su capacidad Cp calor. La diferencia en el flujo dq/dt induce una pequeña diferencia de temperatura? T a través de la losa. Esta diferencia de temperatura se mide usando un termopar. La capacidad de calor puede, en principio, se determina a partir de esta señal:Tenga en cuenta que esta fórmula es similar a, y mucho mayor que, la ley del flujo eléctrico de Ohm: V = R dQ/dt = R I.Cuando de repente el calor es absorbido por la muestra, la señal responderá y exhiben un pico.

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A partir de la integral de este pico de la entalpía de fusión se puede determinar, a partir de su inicio y la temperatura de fusión.Calorimetría diferencial de barrido es una técnica caballo de batalla en muchos campos, en particular en la caracterización de polímeros.Una temperatura de calorímetro diferencial de barrido modulada es un tipo de DSC en la que una pequeña oscilación se impone a la velocidad de calentamiento de otra manera lineal.Esto tiene una serie de ventajas. Se facilita la medición directa de la capacidad de calor en una medición, incluso en condiciones isotérmicas. Se permite la medición simultánea de los efectos del calor que son reversibles y no reversibles en la escala de tiempo de la oscilación. Se aumenta la sensibilidad de la medición de la capacidad de calor, lo que permite para las exploraciones a una velocidad de calentamiento lento subyacente.

Calorímetro de titulación isotérmicaEn un calorímetro de valoración isotérmica, el calor de reacción se usa para seguir un experimento de valoración. Esta determinación permisos del punto medio de una reacción, así como su entalpía, la entropía y de principal preocupación la afinidad de uniónLa técnica está ganando en importancia en particular en el campo de la bioquímica, ya que facilita la determinación de la unión al sustrato de las enzimas. La técnica se utiliza comúnmente en la industria farmacéutica para caracterizar potenciales fármacos candidatos.

VII. CONCLUCIONES

Se comprobó el principio de la conservación de la energía, el cual establece que la energía total inicial de un sistema es igual a la energía final total del mismo sistema.

El calor es energía que es transferida de un sistema a otro, debido a que se encuentran a diferentes niveles de temperatura. Por esta razón, al poner los dos cuerpos en contacto, el que se encuentra a mayor temperatura transfiere calor al otro hasta que se logra el equilibrio térmico.

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 traslación de las moléculas y este tipo de movimiento es el responsable del aumento en la temperatura.

Cuando la temperatura del sistema aumenta Q y ∆T se consideran positivas, lo que corresponde a que la energía térmica fluye hacia el sistema, cuando la temperatura disminuye, Q y ∆T son negativas y la energía térmica fluye hacia fuera del sistema.

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

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VIII. RECOMENDACIONES

Al momento de cambiar de material el agua que se encuentra en el calorímetro debe de ser cambiada y esperar a que regrese a su temperatura normal.

No esperar que la temperatura del agua llegue a los 100grados ya que se notaría la existencia de una calor latente.

Se recomienda que al momento de cerrar el termo debe taparse con un papel el agujero por donde atraviesa el termómetro para lograr un equilibrio mejor.

Al momento de registrar la temperatura debe de ser rápido y no tomar por mucho tiempo el termómetro ya que nuestra T. influenciaría en la del sistema.

Se recomienda en el cálculo del calor específico de los sólidos esperar un tiempo de 8 o 10 minutos para que se logre un equilibrio más estable.

Se recomienda que entre la determinación de cada muestra esperar un tiempo necesario para que el calorímetro regrese a su temperatura inicial evitando valores viciados en la experiencia

IX. ANEXOS

Algunas aplicaciones de la obtención del calor especifico es por ejemplo la fabricación de un termo en donde se guardan distintos líquidos como el café, la fabricación de materiales térmicos para aislar la temperatura de un horno por ejemplo o el aislante térmico de una casa, da información acerca de muchos materiales como los metales para determinar su transmisión de calor y así obtener resultados óptimos de pérdida o adquisición de calor.

En fisicoquímica, destilación, balance de materia y energía, generadores de vapor, evaporación, todas las operaciones unitarias y procesos de separación.

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X. ANEXOS

http://es.wikipedia.org/wiki/Calor_espec%C3%ADfico http://ocw.unican.es/ensenanzas-tecnicas/fisica-ii/practicas-1/Prac06.pdf http://departamento.us.es/deupfis1/carlos/~docum/Calorimetro.pdf

http://es.wikipedia.org/wiki/Calor_espec%C3%ADfico

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