Reporte practica_4

8/3/2019 Reporte practica_4

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Universidad Nacional Autnoma de Mxico

PRACTICA 4 "CALORIMETRIA"

GPO. TEORIA: 1353 GPO. LAB.: TD-041

Facultad de Estudios Superiores

Plantel Aragn

Ingeniera Mecnica

Laboratorio de Termodinmica

Prctica No. 4

CALORIMETRIA

Nombre del alumno:

ZARCO JARA CARLOS DANIEL

VALDESPINO GUERRERO DAYRA EDNA

Nombre del profesor:

ALEJANDRO RODRIGUEZ LORENZANA

Grupo: martes 17:30-19:00

Fecha de realizacin: 7-10-2011

Fecha de entrega: 8-10-2011


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INDICE

Objetivo__________________________________________________________________________3

Actividades______________________________________________________________________3

Material y/o equipo____________________________________________________________3

Sustancias________________________________________________________________________3

Aspectos Tericos_______________________________________________________________4

Desarrollo de la Prctica_______________________________________________________5

Tabla de Lecturas________________________________________________________________9

Memoria de Clculos (detallado)_____________________________________________10

Tabla de Resultados____________________________________________________________12

Cuestionario_____________________________________________________________________13

Serie_______________________________________________________________________________14

Conclusiones (1cuartilla)______________________________________________________15

Bibliografa (al menos 3 direcciones URL y 3 libros)______________________16


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OBJETIVO:

Determinar la constante en un calorimetro por el metodo de mezclas y aplicar elconcepto de calor especifico, para una sustancia limpia.

ACTIVIDADES:

DETERMINAR LA CONSTANTE DE UN CALORIMETRO MEZCLANDO AGUA

CALIENTE Y AGUA FRIA.

Calcular el calor especifico del agua, proporcionando calor al agua de un

calorimetro por medio de una resistencia.

MATERIAL Y/O EQUIPO:

1 Parrilla electrica de 750W.

1 Cronometro

1 Calorimetro

2 Termometros

1 Resistencia electrica de inmersion

2 Vasos de precipitados de 400 ml.

1 Balanza granataria

1 Multimetro

1 Pesa de 1Kg

1 Pesa de 1/2 Kg

1 Guante de asbesto

1 Agitador de Vidrio

1 Probeta graduada

SUSTANCIAS

Agua potable


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ASPECTOS TEORICOS

CALOR O ENRGIA TERMICA: Es la suma de la energia cinetica de todas las

moleculas, cuyo

resultado es la ganancia o perdida de energia interna; el calor es simplementte

otra forma de energiaque puede medirse solo en funcion del efecto que produce.

Existen 2 unidades para medir calor:

a) CALORIA (cal): Es el calor necesario para aumentar la temperatura de un

gramo de agua en un grado Celsius.

b) UNIDAD TECNICA BRITANICA (BTU): Es la cantidad de calor neceasario para

elevar un grado Fahrenheit la temperatura de una libra de agua-

CAPACIDAD CALORIFICA: Es la relacion existente entre la cantidad de calor deuna sustancia y su correspondiente elevacion de temperatura:

La capacidad calorifica de una sustancia tiene un valor mayor si se lleva a cabo a

presion constante, que si se realiza a volumen constante, ya que al aplicar presion

constante a una sustancia, esta sufre un aumento en su volumen, lo que provoca

una disminucion en su temperatura y en cosecuencia, necesitara mas calor para

elevarla. A volumen constante, todo el calor suministrado a la sustancia pasa a

aumentar la energia cinetica de las moleculas, por tanto, la temperatura se

incrementa con mayor facilidad.

CALOR ESPECIFICO (Ce): De una sustancia es igual a la capacidad calorifica de

dicha sustancia entre su masa:

y como:

sustituyendo:


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por lo tanto:

Q = mCe

En terminos practicos el Ce de una sustancia se define como la cantidad de calor

necesaria para elevar en un grado de temperatura de una masa unitaria de la

sustancia.

El Ce es como una inercia termica, ya que representa la resistencia que una

sustancia opone a los cambios de temperatura, por lo tanto esta en funcion de la

temperatura y la presion.

CALORIMETRO: Es un recipiente que permite medir las cantidades de calor que

interactuan cuando se mezclan sustancias a diferentes temperaturas estas tiendena alcanzar el equilibrio termico, es decir, mientras una pierde calor la otra gana,

por ello se realiza un balance de energia en el calorimetro y se cumple que: "EN

CUALQUIER INTERCAMBIO DE CALOR EFECTUADO, EL CALOR CEDIDO ES

IGUAL AL ABSORBIDO".

Q = Q

por lo tanto:

mCe(T-T) = mCe(T-T)

DESARROLLO

ACTIVIDAD 1: "CONSTANTE DE UN CALORIMETRO"1. Calibrar la balanza.

2. Medir la masa del calorimetro. Anotar su valor en la tabla 4.1A

3. Con la probeta medir 200 ml de agua fria, vaciarlos en el calorimetro.

4. Medir la masa del agua fria. (Resta la masa del calorimetro con la masa del

agua). Anotar su valor en la tabla 4.1 A

5. Con el termometro medir la temperatura del agua hasta que esta se estabilice.

Anotar su valor en la tabla 4.1 A (Considerar esta como la temperatura T )


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6. con la probeta medir 200 ml de agua, vacielos en el vaso de precipitado de 400

ml y medir la masa del agua, misma que seria la del agua caliente. Anotar su valor

en la tabla 4.1 A

7. Colocar el vaso sobre la parrilla.

8. Conectar la parrilla a la toma de corriente.

9. Introducir el termometro en el vaso, procurando que este no toque el fondo,

espere a que el agua alcance una temperatura de 40 C.

10. Con el guante de asbesto puesto, retirar el vaso de la parrilla y colocarlo sobre

la zona de trabajo de la mesa.

11. Espere a que la temperatura de vaso se estabilice, esta sera considerada

como la temperatura (T). Anotar su valor en la tabla 4.1 A

12. Verter el agua del vaso en el calorimetro, mezclar con el agitador y esperar a

que la temperatura se estabilice. Considerar esta como la temperatura tres (T).

Anotar el valor en la tabla 4.1 A

13. Por medio del siguiente analisis, determinar la constante del calorimetro

(Kcalorimetro). Anexa la memoria de calculos en el reporte y coloca los resultadosque se pide en la tabla 4.1B y 4.1B-BIS.

Para calcular la cantidad de calor Q necesario para el cambio de temperatura:

Por lo que:

Qcedido del agua caliente=Magua caliente Ce agua caliente (Tagua-Tagua)

Qganado del agua fria=Magua fria Ce agua fria (Tagua-Tagua)

Qganado por el calorimetro=Mcalorimetro Ce calorimetro (Tagua-Tagua)

Donde:

Mcalorimetro Ce calorimetro= K; (K es la c-onstante del calorimetro)


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Por lo tanto:

Qganado por el calorimetro=Kcalorimetro (Tagua-Tagua)

Y el calor cedido:

Qcedido= Magua fria Ce agua fria (Tagua-Tagua)+ Kcalorimetro (Tagua-Tagua)

Despejando la constante del calorimetro se tiene:

ACTIVIDAD II: CALOR ESPECIFICO DE UN LIQUIDO.1. Calibrar la balanza

2. Medir la masa del calorimetro vacio. Anotar el valor en la tabla 4.2A

3. Suministra en el calorimetro 450ml de agua para que se cubra por comleto la

resistencia de inmersion.

4. Medir la masa del agua. (Resta la masa del calorimetro con la masa del agua).

Anotar su valor en la tabla 4.2A

5. Con el termometro medir la temperatura inicial del agua. Anotar su valor en la

tabla 4.2A

6. Medir el valor de la resistencia de inmersion. Anotar su valor en la tabla 4.2A

7. Medir el valor del voltage de linea. Anotar su valor en la tabla 4.2A

8. Sin retirar el termometro, sumergir la resustencia completamente dentro del

calorimetro.

9. Tomar el tiempo con el cronometro en el mometo de conectar la resistencia.

10. Interrumpir el tiempo del cronometro cuando la temperatura del agua haya

alcanzado los 80C. Anotar el tiempo en la tabla 4.2A


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11. Para determinar el calor especifico del agua a presion constante, utilizar el

metodo de suministro de energia electrica, que dice: "Por medio de una resistencia

se elevara la temperatura a una cantidad de agua en funcion del trabajo electrico

realizado", es decir:

Para conocer el calor suministrado al agua en terminos de calorias se tiene que:

Por lo que el calor cedido por la resustencia a presion constante, sin considerar

perdidas es:

El calor ganado por el agua es:

Qganado por el agua=Qcedido res-Qganado por el calorimetro.......... 1

Y si el calor del agua es:

Qagua=M Ceagua(Tfagua-Tiagua)................. 2

Igualando 1 y 2 tenemos:

MCeagua(Tf agua - Ti agua)=Qcedido res - Q ganado por el calorimetro

Despejando:

Si

Y

Entonces, el calor especifico real del agua para este experimeto es


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Donde:

W=Trabajo realizado(Joule)

R= Resistencia()

Q= Calor suministrado (J)

t = tiempo suministrado de calor (s)

V= voltaje de la linea (v)

NOTA: R Y v PUEDEN OBTENERSE EMPLEANDO UN MULTIMETRO OTOMANDO EN CUENTA A LEY DE OHM, QUE NOS DICE QUE LACORRIENTE ELECTRICA QUE CIRCULA EN UN CIRCUITO (RESISTENCIA)ES DIRECTAMENTE PROPORCIONAL AL VOLTAJE APLICADO A ESTE, EINVERSAMENTE PROPORCIONAL A LA RESISTENCIA DE ESTE.

TABLAS DE LECTURA

CONCEPTO SIMBOLO UNIDAD LECTURA

Masa del vaso Mvaso gr 224

Masa del vaso con agua Mvasoagua gr 437.8

Masa del calorimetro Mcal gr 87.7

Masa del calorimetro con agua Mcal-agua gr 284

Masa del agua fria Magua-fria gr 203.7

Temperatura inicial del agua fria Ti agua C 28

Temperatura inicial del agua caliente T agua C 40

Temperatura de equilibrio T agua C 34

Masa del agua caliente Magua caliente gr 213.8

Tabla 4.1A


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CONCEPTO SIMBOLO UNIDAD LECTURA

Masa del calorimetro M cal gr 87.7

Masa del calorimetro con agua Mcal-agua gr 873

Masa del agua Magua gr 785.3

Temperatura inicial del agua Ti agua C 29

Tiempo de suministro de energia al agua T seg 228

Temperatura final del agua Tf agua C 77

Resistencia de inmercion R 20

Voltaje V v 127

Tabla 4.2A

MEMORIA DE CALCULO

Kcal = mcal Ccal Qac = Qaf + Kcal (T-T)

Ccal = Kcal/mcal Kcal = Qac - Qaf/T-T

Ccal= 10.1/87.7= 0.11516 cal/gr C Kcal=1282.8-1222.2/34-28= 10.1cal/C

Ca = 1 cal/gr C

Qc=Qg

Qc = Qac = (mac(Ca)) (T-T)= 213.8*1*(40-34)=1282.8 cal

Qg = Qaf + Qcal

Qaf = maf *Ca * (T-T)= 203.7*1*(34-28) = 1222.2 cal

Qcal = Kcal*(T-T) = 10.1*(34-28) = 60.6 cal

QR= V/R(t)*(0.2389) =129.3/20*228*(0.2389)= 45532.13878 cal

Qc=Qg

QR=Qa + Qcal

Qa=QR- Qcal

Qcal= Kcal (Tf-Ti)= 10.1(77-29)=484.8 cal

maCa(Tf-Ti) = QR - Qcal


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Ca = QR-Qcal/ma(Tf-Ti)=45532.13878-484.8/785.3+(77-29)= 1.195067 cal

CONVENCIONES

1282.8 cal X (0.00397 BTU)/1cal = 5.0927 BTU

1282.8 cal X(0.00116 J)/1 cal = 1.4880 J

5.0927 BTU X(1.055*10 Erg)/1 BTU = 5.3727*10 Erg

1222.2 cal X(0.00397 BTU)/1 cal = 4.8521

1222.2 cal X (0.00116 J)/ 1 cal = 1.4177 J

4.8521 BTU X (1.055*10 Erg)/1 BTU = 5.1189*10

60.6 cal X (0.00397 BTU)/1 cal = 0.2405 BTU

60.6 cal X (0.00116 J)/1 cal = 0.0702 J

0.2405 BTU X (1.055*10 Erg)/1 BTU = 2.405*10

10.1 cal/C X(1 BTU/F)/1 cal/C= 10.1 BTU/F

10.1 cal/C X (0.001163 J/C)/1 cal/C = 0.0117 J/C

10.1 BTU/F X (1.055*10 Erg/C)/1 BTU/F= 1.06555*10 Erg/C


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TABLA DE RESULTADOS

JOULE (J) ERGIO BTU CAL

Qcedido por el agua caliente 1.488 5.3727*10 5.0927 1282.8

Qganado por el agua fria 1.4177 5.1189*10 4.8521 1222.2

Qganado por el agua calorimetro 0.0702 2.405*10 0.2405 60.6

TABLA 4.1B

CONCEPTO

UNIDADES

J/C ERGIO/C BTU/F CAL/C

Kcalorimetro 0.0117 1.065*10 10.1 10.1

CONCEPTO

TABLA 4.1B-BIS

UNIDADES

CONCEPTO SIMBOLO UNIDADES RESULTADOS

Trabajo electrico W J 190590.786

Voltage V Volts 129.3

Calor cedido por la resistencia Qcedido por la resistencia Cal 45532.13878

TABLA 4.2B

KJ/KgK Kcal/KgC BTU/LbF

Calor especifico del agua real Ce agua real 0.5905 0.5905 0.5905

Calor especifico del agua ideal Ce agua-ideal 1.2079 1.2079 1.2079

CONCEPTO

TABLA 4.2B-BIS

SIMBOLO

UNIDADES


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CUESTIONARIO 4

1.- Porque los calores especificos del agua son diferentes?

Porque su densidad cambia.

2.-Como se determina la constante de un calorimetro?

Mediante la formula de constante calorimetrica

3.- Unbloque de madera y uno de metal estan a la misma temperatura, cuando los

bloques se sienten frios, el metal se siente mas frio que la madera, cuando los

bloques se sienten calientes, el metal se siente mas caliente que la madera. Dar

una expliacion del porque. Aque temperatura se sentiran los bloques igualmente

frios o calientes?

Se siente mas caliente el metal que la madera porque el metal es un muy buen

conductor del calor y la madera es un material aislante.

4.-Porque es importante proteger las tuberias de agua para que no se congelen?

Porque el agua que corre por las tuberias tambien se congelaria.

5.- Si el calor especifico del agua fuera menor. Que probabilidades extirian de

que los lagos se congelasen en invierno?

Mucha ya que el agua se congelaria a una temperatura mucho menor.

6.- En los viejos tiempo era comun llevarse objetos calientes a la cama en las

noches frias de invierno. Cual de estos objetos seria mas eficaz: Un bloque de

hierro de 10kg o una botella con 10 Kg de agua caliente a la misma temperatura?.

Explicar

El agua caliente ya que si te llevas un blocke de hierro al paso del tiempo el hierro

quemaria la superficie donde se coloca, en cambio el agua no, esta solo estaria

calentando hasta que llegase al equilibrio termico.

7.-Que significa afirmar que un material tiene una capacidad calorifica grande o

pequea?

La cantidad de calor necesaria para que una particula o un sistema

termodinamico, eleven su temperatura en 1C.

8.-Porque es incorrecto decir, la materia "contiene" calor?


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Porque la materia no contiene calor, solo esta en contacto con el y se transmite

mediante los diferentes tipos de conduccion.

9.- A que temperatura alcanza el agua su maxima densidad?

100C

10.- Que es el equivalente de calor y cual es su equivalencia?

El equivalente del calor o caloria es el joule, y su equivalencia es de 1 cal=4.186 J

SERIE No. 41.- Se introducen 140gr de una aleacion a una temperatura de 93C en un

calorimetro de aluminio de 50gr que contiene 200gr de agua a 20C. Se agita lamezcla y la temperatira se estabiliza a los 24C. Cual es el calor especifico de la

aleacion?. A que material se refiere

Sol. 0.087Cal/gC

2.- Un trozo de hierro de 316.93gr se pone a calentar en un vaso de presipitado

con agua hasta que alcanza una temperatura de 90C. Se introduce

inmediatamente en el recipiente interior del calorimetro de aluminio cuya masa es

de 150gr. Que contiene 300gr de agua a 18C se agita la mezcla y la temperatura

aumenta hasta 25C. Cual es el calor especiico del hierro?

Sol.0.113Cal/gC

3.- En un sistema domestico de calefaccion por agua caliente el agua llega a los

radiadores a la temperatura de 60C y sale a 38C se desea reemplazar el sistema

de calefaccion por otro de vapor en el cual el vapor a la presion atmosferica se

condensa en los radiadores, saliendo de estos a 82C. Cuantos kilogramos de

vapor suministraran el mismo calor que suministra un kilogramo de agua caliente

en la primera instalacion?

Sol. 0.0396 Kg de vapor

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

es_de_calor_espec.C3.ADfico


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CONCLUCIONES


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BIBLIOGRAFIA

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