Universidad La Salle Facultad de Ingeniería. Miguel L. Toledano. Práctica 4.
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Resumen—El calor medido es igual al cambio en la energía
interna del sistema menos el trabajo realizado, como la presión
se mantiene constante, el calor medido representa el cambio
de entalpía. La calorimetría mide el calor en una reacción
química o un cambio de estado usando un instrumento
llamado calorímetro.
I. OBJETIVOS.
Comprender el funcionamiento del calorímetro.
Determinar el calor específico de diferentes metales.
Comparar los resultados experimentales con los
teóricos, así como calcular el error porcentual.
II. MARCO TEÓRICO
Cotidianamente suele confundirse o emplear dos conceptos
fundamentales de la termodinámica como sinónimos, en
muchas otras ocasiones, son mal empleados, estos son el calor
y la temperatura. Son dos propiedades termométricas únicas y
diferenciables una de otra tal como lo indica la tabla que se
muestra a continuación.
Temperatura Calor
Se asocia a la actividad
molecular del sistema
Es una interacción energética
entre un sistema y sus
alrededores.
La base de esta propiedad
reside en el axioma del
equilibrio térmico, también
conocido como ley 0 de la
termodinámica.
Es consecuente de la
diferencia de temperatura
entre el sistema y sus
alrededores.
Parte de la noción sensitiva
de acuerdo con lo que al
tacto se siente frío y lo
caliente al tacto.
Es una expresión que indica
la parte de energía que se
transfiere de un sistema o
cuerpo hacia otro que se
encuentra a una temperatura
distinta.
Es una magnitud
cuantificable, y definidas por
escalas empíricas y escalas
absolutas.
La cantidad de energía
térmica que se traspasa se
calcula y se expresa en
calorías.
A partir de observaciones experimentales, la primera ley de
la termodinámica establece que la energía no se puede crear
ni destruir durante un proceso; sólo puede cambiar de forma.
Por lo tanto, cada cantidad de energía por pequeña que sea
debe justificarse durante un proceso. De manera matemática
esta primera ley se puede expresar como una integral cíclica
del calor proporcional a la integral cíclica de trabajo. Todo
ello durante cualquier ciclo que siga un sistema
termodinámico.
El calor se define como la forma de energía que se transmite
a través del límite de un sistema que está a una temperatura a
otro sistema (o medio exterior) a una temperatura más baja.
Esto es, el calor se transmite del sistema a mayor temperatura
al de menor temperatura, y la transmisión de calor ocurre
solamente porque hay una diferencia de temperatura entre los
dos sistemas. El calor latente se define como la diferencia
entre la entalpía (por unidad de masa) de una fase en
condiciones de saturación y la entalpía (por unidad de masa)
de la otra fase en condiciones de saturación, a la misma
presión y temperatura. Por otra parte, el calor sensible es aquel
que recibe un cuerpo o un objeto y hace que aumente su
temperatura sin afectar su estructura molecular y por lo tanto
su estado.
La caloría es una unidad de energía del Sistema Técnico de
Unidades, basada en el calor específico del agua. En
termodinámica la caloría-kilogramo, representa la energía
calorífica necesaria para elevar en un grado Celsius la
temperatura de un kilogramo de agua. Esta definición
corresponde a la kilocaloría propiamente dicha y equivale a
4.1868 kJ.
Para poder entender el comportamiento y la clasificación a
la que corresponde el calor como variable termométrica, es
pertinente definir tres conceptos fundamentales como lo son:
sistema, estado, proceso y trayectoria (desde el punto de vista
de la termodinámica). Un sistema, es una porción de espacio o
cantidad de materia que se selecciona con el propósito de ser
analizado. Todo lo que es ajeno al sistema se denomina
alrededores, y el límite real o hipotético entre el sistema y los
alrededores se conoce como fronteras o límites del sistema. El
estado de un sistema queda identificado por el conjunto de
valores que tienen las propiedades termodinámicas en un
instante dado. Un proceso ocurre cuando el sistema pasa de un
estado termodinámico a otro. Finalmente, la trayectoria es el
conjunto de estados por los que pasa un sistema al realizarse
un proceso. Una vez que hemos definido estos conceptos
clave, podemos dar respuesta a la pregunta sobre ¿Por qué el
calor es una variable de trayectoria? Por principio, es
indispensable saber que, por definición, ningún cuerpo
contiene calor. Más bien el calor se identifica solamente
cuando cruza el límite. Por tanto, el calor es un fenómeno
transitorio, es decir, en términos de variable, este se expresa
como una variable de trayectoria, ya que es una variable que
Calorimetría
Por. López Toledano Miguel
Universidad La Salle Facultad de Ingeniería.
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solo aplica en los cambios de estado que experimenta un
sistema. Por ejemplo. Cuando el cobre se coloca en agua y los
dos están en comunicación térmica, el calor se transmite del
cobre al agua, hasta que se establece el equilibrio de
temperatura. En este punto ya no tendremos transmisión de
calor por más tiempo, debido a que no hay diferencia de
temperatura. Ninguno de los sistemas contiene calor al
concluir este proceso. De esto se sigue que el calor se
identifica en el límite del sistema, porque él se define como la
energía que está siendo transmitida a través del límite del
sistema.
III. PROCEDIMIENTOS Y DESARROLLO EXPERIMENTAL
A. Material y Equipo
Una probeta
Un calorímetro.
Dos termómetros de mercurio.
Cuatro muestras de diferentes metales.
Un vaso de precipitados.
Una balanza.
Un mechero de Bunsen.
Un soporte universal.
Pinzas para soporte universal.
B. Montar el equipo como se muestra en la imagen.
1.- Pese un vaso vacío y seco en la balanza electrónica y por
diferencia agregue 100 gramos de agua a temperatura
ambiente. Viértala en el calorímetro.
Determine la temperatura del agua con el termómetro de
mercurio. Deje abierto el calorímetro.
2.- Pese una de las muestras metálicas en la balanza
electrónica.
3.- Amarre la muestra con el hilo dejando libre un extremo.
4.- Pase la muestra al vaso de precipitados que contiene agua y
caliente hasta ebullición, manteniendo el calentamiento
durante cinco minutos. Anote la temperatura registrada con el
termómetro de mercurio.
5.- Con cuidado, tome la muestra del vaso con el extremo libre
del hilo y pásela al calorímetro. Coloque la tapa de éste y agite
el agua que contiene a la muestra metálica.
6.- Revise la lectura del termómetro y cuando se estabilice
indicará la temperatura de equilibrio o final. Anote este valor.
7.- Repita los pasos uno al cinco con las muestras metálicas
restantes.
IV. REGISTROS
A continuación se muestra la tabla de registros
experimentales.
Muestra Masa
Kg
Ti [K]
Metal
Tf [K]
Metal
Ti [K]
Agua
Tf [K]
Agua
Aluminio 0.0101 367.15 301.15 299.15 301.15
Cobre 0.0334 365.65 302.65 300.15 302.65
Carbón 0.0062 367.15 300.15 299.15 300.15
Acero 0.0306 367.15 302.15 298.15 302.15
V. RESULTADOS
Muestra
metálica
Ce
kgK
kcal
Ce
kgK
kcal
Teórico Experimental
Aluminio 0.22 0.15
Cobre 0.093 0.063
Carbón 0.310 0.120
Acero 0.1099 0.1005
Muestra metálica Porcentaje de Error
Aluminio 31.81%
Cobre 32.25%
Carbón 61.29%
Acero 8.55%
REFERENCIAS
[1] Van Wylen, Sonntag, “Fundamentos de Termodinámica”.
Editorial Limusa, 1996, p 7, 60 y 70.
[2] Manrique José Ángel, “Termodinámica”. Segunda
edición, Editorial Alfaomega, 2001, p 7, 60 y 70.
[3] Yunus A. Cengel, Michael A. Boles, “Termodinámica”,
Séptima Edición. Editorial McGraw-Hill, 2012, p 70.
[4] Calor específico del agua entre 0 °C y 100 °C, Disponible
en:
http://www.vaxasoftware.com/doc_edu/qui/caloresph2o.p
df [5] Tabla de calor, Disponible en :
http://www.rumbonorte.cl/downloads/Tabla%20de%20Ca
lor%20Espec%C3%ADfico.pdf [6] Tablas de propiedades y de calor específico de diversos
materiales, Disponible en:
http://www.valvias.com/prontuario-propiedades-
materiales-calor-especifico.php
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