JUAN DIEGO JARAMILLO HURTADO1UNIVERSIDAD AUTONOMA DE OCCIDENTE FACULTADE DE CIENCIAS BASICAS DEPARTAMENTO DE FISICA 15 Noviembre de 2013 AnlisisPara realizar un anlisis de este proceso termodinmico es necesario tener en cuenta las condiciones iniciales y finales del sistema tales como la temperatura inicial del calormetro y la del agua caliente y por supuesto al final la temperatura de equilibrio del sistema despus de que estas ltimas se mezclan; las condiciones iniciales y la temperatura de equilibrio para 3 ensayos con diferentes masas de agua caliente en el vaso y de agua en el calormetro, los resultados obtenidos se pueden observar en los grficos 1, 2, 3, 4, 5 y 6. Grafico 1 Temperatura del vaso a lo largo del ensayo 1 para una masa de 0.050 kg de agua

Grafico 2 Temperatura del calormetro a lo largo del ensayo 1 para una masa de 0.070 kg de agua

Grafico 3 Temperatura del vaso a lo largo del ensayo 2 para una masa de 0.070 kg de agua

Grafico 4 Temperatura del calormetro a lo largo del ensayo 2 para una masa de 0.090 kg de agua

1 INGENIERIA INDUSTRIAL

Grafico 5 Temperatura del vaso a lo largo del ensayo 3 para una masa de 0.1 kg de agua

Grafico 6 Temperatura del calormetro a lo largo del ensayo 3 para una masa de 0.12 kg de aguaUna vez obtenidas las grficas se procede a determinar el calor especfico del material con el que est hecho el calormetro y para hallarlo es necesario hacer uso de las temperaturas iniciales y finales o de equilibrio de cada una de las componentes del sistema. Las temperaturas iniciales del agua en el vaso se pueden observar en los grficos 1,3 y 5 que es la temperatura hasta la cual se calienta el agua (pico de la grfica), luego esta desciende ya que se para de calentar, las temperaturas iniciales del calormetro y las de equilibrio del sistema se pueden observar en las grficas 2, 4 y 6 donde la temperatura inicial del agua y el calormetro es la lnea recta horizontal en la variable de temperatura y el equilibrio trmico es la lnea horizontal que se presenta despus de que la temperatura sube . (Los datos obtenidos se pueden observar en la tabla 1.Ensayom(agua-vaso)M(agua-calormetro)T0(a-v)T0(a-c)Te (sist)

10.05kg0.07kg343K296.3K318.6K

20.07kg0.09kg343K296.5K314.2K

30.1kg0.12kg343K296.4K315.5K

m(calo)0.047kg

Tabla 1 temperaturas iniciales y finales de los componentes del sistema.Como el calor es una energa es vlido decir que en este proceso el calor perdido es igual al calor ganado por lo tanto se tiene que: (1)Donde El agua caliente entra en contacto con el calormetro y agua fra provocando que esta baje su temperatura y como la energa no se crea ni se destruye este calor perdido es absorbido por el agua fra y calormetro; Segn la ecuacin de transferencia de calor y lo anteriormente mencionado se obtiene que (2)Ya que se va encontrar el calor especfico del material del calormetro se despeja de la igualdad obteniendo lo siguiente: (3)Reemplazando los datos del ensayo 1 se tiene que: 1361.91 Reemplazando los datos del ensayo 2 se tiene que: 2128.47 Reemplazando los datos del ensayo 3 se tiene que: 2135.66Una vez se halla el calor especfico del material del calormetro se procede a encontrar su incertidumbre, para esto se aplican derivadas parciales a la ecuacin planteada anteriormente, aplicando esto se obtiene que: (4)Posteriormente

(el error de la balanza es de Suponiendo que el calormetro esta hecho de aluminio (calor especifico=910 j/kg*k) se compar el calor especifico de este material con los obtenidos en los ensayos para as determinar el error porcentual de la prctica en cada ensayo. El valor del calor especifico, como sus respectivas incertidumbres absoluta y relativa, fueron consultadas en la tabla 2, junto con los errores relativos.

Ensayo

error

11361.913673.23295.349.56

22128.476569.45321.8133.89

32135.666581.32335.9134.68

Promedio1875.346240.12310.2106.08

Tabla 2. Calor especifico, incertidumbres y errorDeterminacin de calorCon los datos suministrados en las tablas 1 y 2, se procedi a calcular el calor total absorbido en el sistema para los 3 ensayos, y verificar si es aproximado a cero, como sera en un modelo ideal en el que Qac+Qav+Qc=Qabsorbido Estos resultados se pueden obsrvar en la tabla 3.Ensayo

16.53-5,071,422.88

28,32-7,142,213.39

311,15-10,212,223.16

Tabla 3. Calor Absorbido TotalA partir de los resultados encontrados en la tabla 3, se puede afirmar que el calor del agua caliente cede su energa y la reparte entre los dems, para alcanzar el equilibrio trmico.DiscusinAnalizando los grficos de T vs t para los tres ensayos, se pueden encontrar por medido de ecuaciones de calor para un sistema considerado como adiabtico (calormetro perfectamente sellado), el calor especfico del vaso del calormetro. En la prctica se present un fenmeno fsico real, el cual se trataba de representar y relacionar mediante una ecuacin ideal, donde se tiene un sistema en balance trmico y la sumatoria de sus calores es equivalente a cero, despreciando toda perdida de calor. Sin embargo pese a esta apreciacin, el error porcentual de la prctica fue un valor muy alto, esto se debido principalmente a que existan prdidas de calor dentro del sistema, en el instante que se derramaba el agua caliente en el calormetro con agua fra. El agua caliente estaba en interaccin con el entorno dando lugar a transferencias de calor entre s, lo cual produjo una variacin en la temperatura inicial con la cual el agua caliente entrara en equilibrio trmico con el agua fra en el calormetro.Tambin es pertinente considerar el efecto de la interaccin de cuerpos ajenos al sistema, como lo son elementos sometidos a la experimentacin, ya que, objetos como el agitador y los alambres de la tapa del calormetro, intercambiaban calor con el vaso del calormetro, el agua a temperatura ambiente y el agua caliente; afectando as los datos suministrados por el sensor de temperatura y trayendo como consecuencia clculos no esperados. Finalmente, se debe tener presente que el sistema no es completamente adiabtico, a causa de que este, no se encuentra aislado en su totalidad y existe transferencia de calor con el ambiente, es decir, parte del calor se libera al exterior, lo cual altera los registros de la temperatura medida.Para mejorar la prctica se debe evitar la influencia negativa y las imprecisiones en los resultados obtenidos, haciendo que el beaker y el agua contenida en l se encuentren aislados del ambiente y que el vertimiento de esta se haga en un tiempo muy corto, para evitar cualquier trasferencia de calor en el momento en que se est calentando trasfiriendo al equipo de calorimetra.

ConclusionesSe corrobora la ley cero de la termodinmica, la cual indica que si dos cuerpos se encuentran separados a distintas temperaturas y posteriormente se ponen en contacto entre s, se alcanzar el equilibrio trmico y se mantendr cuando la temperatura sea igual en ambos cuerpos.Una de las causas de error significativas, hace referencia en el momento en que se vierte agua caliente al calormetro, ya que entre ms retrasado sea el proceso se pierde una cantidad significativa de calor, por ende el porcentaje de error tan alto.El flujo de calor se encuentra en direccin de la sustancia de mayor temperatura, hacia la sustancia de menor temperatura, es decir, en el momento en que el agua caliente interacta con el agua a temperatura ambiente y el vaso del calormetro, les transfiere calor para igualar la temperatura de los tres cuerpos y alcanzar el equilibrio trmico.El calor transferido a los tres cuerpos no genero cambios de fase, debido a que no se lleg a las condiciones de estado necesarias para cambiar de lquido a gas en el caso del agua y de slido a lquido en caso del vaso del calormetro.

Bibliografa Gua de laboratorio calorimetra, calor especifico,[En lnea], consultado el da 15 de noviembre de 2013.Disponible en: http://augusta.uao.edu.co/moodle.

H. D. Young, R. A. Freedman, F. W. Sears, M. W. Zemansky. Fsica Universitaria, volumen 1. Decimosegunda edicin, Pearson Educacin, Mxico, 2009.