PRACTICA No. 3

DETERMINACIN DE LA CAPACIDAD CALORFICA DE LQUIDOS Y SLIDOS

1. INTRODUCCIN

Si se transmite calor a un sistema, este se convierte en energa del sistema y se manifiesta por un aumento de temperatura del mismo. A mayor cantidad de calor transferido, mayor ser el aumento de la temperatura, pero si se cambia el sistema, una misma cantidad de calor transferida produce cambios de temperaturas diferentes, la relacin entre la cantidad de calor transferido y el cambio en la temperatura es una propiedad intrnseca del sistema.

Para una transformacin a presin constante, la variacin en la presin es cero (dp=0) y para el sistema se tiene que se cumple la siguiente ecuacin:

(1)

Esta ecuacin relaciona el calor transferido desde el entorno con el aumento de temperatura del sistema. La razn dQ/dT es Cp, la capacidad calorfica del sistema a presin constante. Por lo cual se obtiene que:

(2) Para cualquier transformacin a presin constante, como dp=0, la ecuacin se reduce a:

dTCdH p (3)

Para un cambio finito de estado de T1 a T2, y si Cp es constante en el intervalo de temperatura de inters, la ecuacin se convierte en

TCH p (4)

Las ecuaciones presentadas son muy generales y aplicables a cualquier transformacin a presin constante para cualquier sistema de masa fija, siempre y cuando no se produzcan cambios de fase o reacciones qumicas. Para rangos de temperatura amplios, la capacidad calorfica varia con la temperatura Cp=(temp.). La energa suministrada por una fuente de potencia es igual a V.I.t donde: V=voltaje I=corriente t=tiempo

S un lquido se calienta por un conductor por el que fluye una corriente, basta medir el tiempo de calentamiento para calcular la energa suministrada al lquido. S el proceso es totalmente adiabtico, de acuerdo con la primera ley de la Termodinmica, la energa disipada en la resistencia es ganada por el conjunto (liquido + Calormetro). El balance de energa es el siguiente:

(5)

Donde

mCC LL

; Donde

LC es el calor especfico del lquido y m la masa. Una grfica de Tiempo Vs

temperatura muestra una lnea recta. A partir de la pendiente se calcula la capacidad calorfica del

lquido.

dTT

HdQ

p

p

p

p

pT

H

dT

dQC

teConsTCCVIt CL tan

1122 2222 TTCmTTCcCm mOHOHmOHOH

2. OBJETIVOS

Aprender a utilizar un calormetro a presin constante.

Determinar la capacidad calrica del calormetro.

Determinar la capacidad calorfica de lquidos en estudio con el mtodo de paso de

corriente.

Determinar la capacidad calorfica de slidos en estudio.

3. MATERIALES Y EQUIPOS

A continuacin se presenta los equipos y materiales que se emplearan en la prctica.

Tabla 1. Equipos y materiales.

Equipos Reactivos y materiales

Calormetro a presin constante Conexiones. Beaker (250 ml) Termmetro Probeta (100 ml) Horno Fuente de poder. Cronometro.

Agua destilada. Etanol. NaCl. Aluminio Cobre Latn

4. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

A continuacin se describen los procedimientos a seguir para determinar la capacidad calrica del calormetro: 4.1 Determinacin de la CAPACIDAD CALORFICA DEL CALORMETRO. 4.1.1 Mtodo de la mezcla de volmenes de agua: 1. Mida 50 ml de agua a temperatura ambiente y virtala dentro del calormetro. 2. En la estufa, caliente 50 ml de agua hasta 80C aproximadamente. Tmele la temperatura y

virtala en el calormetro para producir la mezcla. 3. Registre rpidamente la temperatura mxima que alcanza la mezcla.

Un balance de energa nos indica que la energa cedida por el agua a mayor temperatura es ganada por el agua a menor temperatura y el calormetro. El balance se puede escribir como:

(6)

T1= temperatura del agua caliente T2= temperatura del agua fra (ambiente) Tm= temperatura mxima alcanzada Cc=la capacidad calorfica del calormetro

m1=la masa del agua a temperatura T1 m2=la temperatura del agua a la temperatura de T2. (En la literatura se puede hallar el calor especfico del agua a T1 y T2)

4.1.2 Mtodo de paso de corriente La capacidad calorfica del calormetro se halla calentando un volumen de agua en el calormetro mediante el paso de corriente por la resistencia. La energa en forma de calor que se disipa en la resistencia mediante el paso de una corriente es: I2RT, esta energa es ganada por el agua y el calormetro. El balance es: (7)

En forma diferencial y organizando los trminos se tiene: COH CCm

RI

dt

dT

2

2

Una grfica de Temperatura Vs Tiempo muestra una lnea recta; con la pendiente de esta la lnea se obtiene el valor de de Cc (capacidad calorfica del calormetro). 4.2 Determinacin de la CAPACIDAD CALORFICA DE LQUIDOS EN ESTUDIO

4.2.1 Paso de corriente

1. Preparar el equipo (ver figura 1). 2. Colocar dentro del calormetro, 100 ml del lquido en estudio. 3. Graduar la fuente de poder para una corriente de 2A. (o menos). 4. Tomar la temperatura del lquido cada minuto durante 5 minutos (lquido a temperatura

ambiente). 5. Encender la fuente de poder y registrar la temperatura cada 20 segundos. 6. tomar datos de temperatura hasta un incremento mxima de 10C.

Figura 1. Esquema de la prctica

4.3 Determinacin de la CAPACIDAD CALORFICA DE SLIDOS EN ESTUDIO.

Aada al calormetro ~200 ml de agua a temperatura ambiente.

Mida con precisin la temperatura del agua y regstrela como T1.

Pese separadamente una cantidad del slido en estudio seco.

Caliente en el horno la muestra metlica hasta una temperatura de 100C aprox. (T2).

Transfiera el metal caliente al recipiente con agua lo suficientemente rpido para que no se enfre.

TCCmdTRI COHOH 222

Asegrese de mezclar los contenidos del calormetro para obtener una temperatura uniforme. Espere hasta que la temperatura llegue a un valor estacionario y registre esta temperatura como T3.

Repita el ltimo procedimiento para otros metales.

Repita este procedimiento tres veces. Calcule el calor especfico del metal usando la ecuacin:

(8) Donde K, es la capacidad calorfica del calormetro. C1, calor especifico del agua. C2 calor especifico del metal en estudio. m1 masa del agua fra. m2 masa del agua caliente. 5. ANLISIS DE RESULTADOS

Realizar una grfica de Temperatura Vs Tiempo y a partir de la pendiente calcular la capacidad calorfica del lquido en estudio. Para el mtodo del paso de corriente.

Calcular la capacidad calorfica de los lquidos y slidos empleados

Comparar con los valores reportados en la literatura.

Qu le pasa a un lquido o a un slido cuando se calienta a volumen constante?

Explique cmo se calcula una capacidad calorfica media, muestre grficas para varias sustancias de sus capacidades calorficas medias en funcin de la temperatura.