Universidad Nacional Autónoma de México

Faculta de Química

Unidad de Aprendizaje

Laboratorio de Termodinámica

Tema: capacidad térmica.

Equipo:

Castro del Razo Rodrigo Daniel

González Sánchez Zayret

Sánchez Martínez Karla Arelly

12/Octubre/2015.

Resumen teórico-práctico.

La capacidad térmica, también denominada capacidad calorífica, 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.

Dónde:

Q es el calor absorbido o cedido por el sistema

ΔT es la variación de temperatura

Unidades:

Sistema Internacional; Julios por grado Kelvin [J/K]

Calorías por grado centígrado [cal/°C] - (Equivalencia: 1cal = 4,1868 J)

Una definición, más coloquial, es aquella que define la capacidad térmica como la

cantidad de calor necesaria para elevar un grado la temperatura de una sustancia

o un proceso termodinámico.

Otra expresión, para el mismo concepto, puede ser que la capacidad térmica se

obtiene del producto de la masa por la capacidad térmica específica del material:

C = c · m

Donde:

c es la capacidad térmica específica. En el Sistema Internacional de unidades, la

capacidad térmica específica se expresa en julios por kilogramo (o gramo) y kelvin

[J/KgK]. En ocasiones también se expresa en calorías por gramo y grado

centígrado [cal/gºC]; m es la masa de la sustancia considerada. En el Sistema

Internacional se expresará en gramos [g] o en kilogramos [Kg]

De ésta expresión se deduce que cuanta más masa tenga la sustancia, más

cantidad de calor se deberá aportar al material para elevar su temperatura, por lo

que se trata de una propiedad extensiva a diferencia de la capacidad térmica

específica.

La capacidad térmica puede interpretarse también cómo una medida de inercia

térmica, ya que indica la mayor o menor dificultad que tiene un cuerpo para

experimentar cambios de temperatura cuando se le está suministrando calor.

La capacidad térmica específica es una magnitud física intensiva que 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

(kelvin o grado Celsius). En general, el valor de la capacidad térmica específica

depende de dicha temperatura inicial. Se le representa con la letra c (minúscula).

De forma análoga, se define la capacidad calorífica como la cantidad de calor que

hay que suministrar a toda la masa de una sustancia para elevar su temperatura

en una unidad (kelvin o grado Celsius). Se la representa con la letra C

(mayúscula).

Por lo tanto, el calor específico es el cociente entre la capacidad calorífica y la

masa, esto es

Dónde:

m es la masa de la sustancia.

A modo de ejemplo: el calor específico del agua es una caloría por gramo y grado

centígrado, es decir, hay que suministrar una caloría a un gramo de agua para

elevar su temperatura en un grado centígrado.

Desarrollo experimental

En la primera etapa se determino la K (constante del calorímetro), primero se peso

la probeta en la balanza granataria, después se peso la probeta con 100 mL de

agua, los cuales fueron agregados al vaso de unicel, en seguida en un vaso de

precipitados de 250 mL, se agrego agua y una resistencia, la cual fue conectada a

la electricidad, para que el agua ebullera a una temperatura de 72 °C, en un

tiempo de 2 minutos, posteriormente se tomaron 75 mL de esta agua y se peso en

la balanza granataria y se agregaron al vaso de unicel y se tapo rápidamente, y

por consiguiente, cada 10 segundos se fue tomando la temperatura, hasta que el

vaso de unicel tapado con agua, llego a su temperatura de equilibrio.

En la segunda etapa, tomamos cinco cilindros de aluminio y los cuales fueron

pesados y después los amarramos, dejando 10 cm libres de hilo para poder

sostenerlos.

Colocamos 150 mL de agua a temperatura ambiente en el vaso de poliestireno, lo

tapamos e insertamos el termómetro digital en la tapa. Introdujimos los cilindros en

un baño de agua a 93 ºC y los dejamos ahí por dos minutos, transferimos los

cilindros al vaso con el agua a temperatura ambiente, lo tapamos rápidamente y

agitamos durante 3 minutos y registramos la temperatura final.

Datos experimentales y desarrollo de cálculos.

Para el primer experimento

Masa de la probeta sin agua: 128.6 g

Masa de la probeta con 100 mL de agua: 277.4 g

Masa del agua fría: 277.4 g – 128.6 g = 148.8 g

Masa del agua caliente: 73.8 g

t(s) T(°C)0 s 37.7 °C10 s 37.6 °C20 s 37.6 °C30 s 37.6 °C40 s 37.5 °C50 s 37.5 °C60 s 37.4 °C70 s 37.4 °C80 s 37.3 °C

0 10 20 30 40 50 60 70 80 9037

37.2

37.4

37.6

37.8

37.3

T(°C)

T(°C)

t (s)

T (°C

)

T1 (temperatura de agua caliente) = 72 °C

T2 (temperatura de agua fría) = 22.9 °C

T3 (temperatura de equilibrio) = 37.6 °C

El Cp del agua está entre 0 °C y 100 °C

Kcal=(mH2Ocaliente)(CpH2Ocaliente)(T 1−T 3T 3−T 2

¿−¿mH2Ofria)(CpH2Ofria)

Kcal= (73.8 g)(1calg ° c

)( 72° c−37 .6 ° c37 .6 ° c−22 .9 ° c

¿- (148.8 g)(1calg ° c

) = 23.90 calg ° c

Para el segundo experimentoMasa total del los cilindros de aluminio= 22.36 g

K= 23.90 calg ° c

Masa del agua fría= 148.8 g

Temperatura de equilibrio del metal 1 24.3 °C2 24.4 °C3 24.5 °C4 24.5 °C5 24.5 °C

T4 (temperatura de agua fría) = 22.2 °CT5 (temperatura de equilibrio) = 24.5 °CT6 (temperatura del metal)= 93 °C

Cpmetal= K (T 5−T 4 )+(mH 2Ofria)(T 5−T 4)

(mMetal )(T 6−T 5)

Cpmetal¿(23.90 cal

g° c) (24.5° C−22.2 °C )+(148.8 g)(24.5 °C−22.2 ° C)

(22.36g )(93 °C−24.5 ° C)=0.259

calg ° C

Porcentaje de Error con respecto al valor teórico del aluminio

%E = (0.259−0.217)

(0.217)x 100%=19.35%

Conclusiones

1. La práctica se realizó en dos partes, una para determinar la capacidad

térmica de un metal y la otra para determinar la constante K del calorímetro.

Esta práctica nos ayuda a comprender aspectos relacionados con

capacidad térmica y capacidad térmica específica, y las unidades en las

que se expresan, cómo calcular por medio de los datos obtenidos

experimentalmente la capacidad térmica del metal (aluminio). Observamos

que la capacidad térmica y la capacidad térmica especifica son propiedades

que nos dan información acerca de una sustancia, al comparar el valor

experimental de la capacidad térmica del aluminio con los de la literatura,

nos dimos cuenta que se puede usar la capacidad térmica para identificar

una sustancia, en este caso, la capacidad térmica especifica del aluminio

solo tuvo un 19.35 % de error con respecto al valor de la literatura. Al

realizar el cálculo y el estudio de las propiedades pudimos observar cómo

se comportan de manera diferente tanto la capacidad térmica como la

capacidad térmica especifica por un factor que pareciera muy simple pero

que en realidad resulta muy relevante; la dependencia de la masa, la no

dependencia de la masa de la capacidad térmica lo convierte en un valor

relativamente fácil de calcular y con un comportamiento constante y que

además es propio e invariable para el material y solo depende de las

propiedades fisicoquímicas del material en cuestión. Por otra parte la

capacidad térmica especifica por su dependencia de la masa resulta ser un

número que no solo dependerá de las propiedades fisicoquímicas del

material estudiado si no de la masa del mismo por lo que podemos decir

que la primera es una propiedad intensiva. Se concluye que los valores

obtenidos de la capacidad térmica son algo razonables, ya que varían

conforme a lo establecido.

2. La capacidad térmica específica es la cantidad de calor intercambiada por

unidad de masa de dicha sustancia al aumentar un grado su temperatura.

Con la realización de este experimento, se comprende el concepto de

capacidad térmica como una propiedad extensiva, y la relación entre la

masa y la capacidad térmica es directamente proporcional. Ya que si entre

mayor sea la masa de la sustancia, se necesitara más calos para hacer

cambiar su temperatura. Es muy importante, no solo para la química, sino

en general tener los conceptos correctos relacionados al calor específico y

a la capacidad calorífica de un objeto o sustancia, porque de esto depende

muchas prácticas que utilizaremos en nuestra vida diaria.

Bibliografía

Ira N. Levine. Fisicoquímica. Cuarta edición. Volumen 1 ( 1996) Edit. Mc Graw-Hill/Interamericana de España p.p.s. 53 y 54

Fisicoquímica, pág. 31 book s.google.com.mx/books?isbn=9706863281 http://www.fisicanet.com.ar/fisica/termodinamica/

ap10_calorimetria.php#.UVEMvdFvx0A