CAPACIDAD CALORFICA DE LAS METALES CON COBRA3

Asuntos relacionados

Temperatura de la mezcla, el punto de ebullicin, la ley de Dulong Petit, vibraciones del enrejado, energa interna, Debye temperatura.

Principio

Especmenes con calefaccin se colocan en un calormetro lleno de agua a baja temperatura. La capacidad calorfica de la muestra se determina a partir de la subida de la temperatura del agua

Lista de material (extracto)ProductoCantidad

COBRA3 UNIDAD-BASICA, USB12150-501

Precision Balance, OHAUS AdventurerPro AV2101, 2100 g /0,1 g49277-931

MODULO D.MEDI.TEMP.NICR-NI,330C12104-001

Base de soporte DEMO02007-551

SOFTWARE COBRA3, TEMPERATURA14503-611

RECIPIENTE DE 500ML P.CALORIMETRO04401-101

Quemador de butano p. cartuchos, Labogas 20632178-001

FUENTE DE ALIMENTACION 12V/2A12151-991

SONDA D.IMMERSION, -50/400 C13615-031

CRONOMETRO DIGITAL, 24 HORAS, 1/100 s03071-011

CUERPOS METALICOS, JGO.D.3 PZS.04406-003

SEDAL, L 1OOM02090-001

Anillo de soporte con pinza, dim. int. 100 mm37701-011

Piedrecitas para fcil ebullicin, 200 g36937-201

Varilla en acero inoxidable 18/8, 600 mm02037-002

Pinza universal37715-002

Nuez doble02043-002

Vaso de precipitacin, forma baja, 600ml36015-001

AGITADOR04404-101

Vaso de precipitacin, forma baja, 400ml36014-001

Pipeta con perita de goma64701-001

Rejilla con porcelana, 160 x 160 mm33287-011

Cartucho de butano, 200g47535-001

Fig. 1: Arreglo experimental para la capacidad calorfica de los metales.

Tareas 1. Determinar el calor especfico del aluminio, hierro y latn. 2. Para verificar la ley de Dulong Petit con los resultados de estos experimentos.Disposicin La configuracin experimental se muestra en la figura 1. Llenar un vaso de precipitados de vidrio de 600 ml con agua a temperatura ambiente como un recipiente de reserva para el calormetro. -Con el prximo 4 de Wireless Manager Cobra a un puerto USB de la computadora, conecte el Cobra 4 Sensor-Unit 2 x Temperatura NiCr-Ni en el Cobra4 Wireless-Link y conectar el termoelemento. Llenar 200 g de agua a temperatura ambiente (M1) en el calormetro. Ate dos probetas de aluminio junto con hilo de pescar y hacer lo mismo con dos de hierro y tres piezas de latn. Llenar un vaso de precipitados de vidrio de 400 ml con aproximadamente 300 ml de agua. Sumergir todos los cuerpos metlicos en este bao de agua utilizando una pinza universal para evitar que los cuerpos metlicos toquen el fondo del vaso de precipitados. Nota: Los diferentes cuerpos metlicos tienen que ser desmontables por separado.Procedimiento

Fig. .. 2: Calibracin del sensor. Lleve el agua a los cuerpos metlicos para hervir. Inicie el programa de "medida" en su ordenador y cargar el experimento (Experimento> experimento abierto). Todos los pre-ajustes que son necesarios para el registro de los valores medidos son ahora llevadas a cabo. Calibrar el sensor de temperatura como sigue: En este experimento, la sonda de inmersin debe mostrar 100 C en agua hirviendo. Por lo tanto para la calibracin, la sonda se mantiene en el vaso de precipitados de vidrio con el agua hirviendo y 100 C se introduce como valor. El procedimiento se completa con los botones "Aplicar" y "Aceptar" (Fig. 2). Se enfra la sonda de inmersin y con mucho cuidado y luego sumergirlo en el agua fra en el recipiente del calormetro. Haga clic en en la banda de iconos para iniciar la medicin y medir la temperatura del agua en el calormetro durante 5 segundos aproximadamente. Tome los cuerpos metlicos de un tipo (por ejemplo, aluminio) fuera del agua hirviendo, se seca rpidamente, ponerlos en el recipiente del calormetro y se agita vigorosamente.

Fig. .. 3: Almacenamiento de mediciones. La medicin termina automticamente despus de 60 segundos o se puede cancelar pulsando una tecla. Ahora enve la medicin para medir (Fig. 4).

Las temperaturas medidas se muestran como una funcin de tiempo inmediatamente (ver. Fig. 5). Repita el procedimiento para los otros cuerpos metlicos (Figs. 5 y 6). Antes de hacerlo, lave el calormetro con agua fra, secar y llenarlo con agua de nuevo.

fig. 4: Curso de la temperatura en el calormetro de 120 g de aluminio (100 C) y 200 g de agua (a temperatura ambiente).

fig. 5: Curso de la temperatura en el calormetro de 120 g de hierro (100 C) y 200 g de agua (a temperatura ambiente).

fig. 6: Curso de la temperatura en el calormetro de 120 g de latn (100 C) y 200 g de agua (a temperatura ambiente).Teora y evaluacin La capacidad C de calor de una sustancia se define como el cociente de la cantidad de calor absorbido Q y el cambio en la temperatura dT

y es proporcional a la masa de la sustancia calentada

Es la capacidad de calor especfico. La cantidad de calor absorbido Q depende de las condiciones imperantes a medida que aumenta la temperatura, y se hace una diferenciacin en particular entre CV capacidad calorfica a volumen constante V y capacidad Cp calor a presin constante p.

De acuerdo con la Primera Ley de la Termodinmica (U = energa interna),

Cp es siempre mayor que el cv. En el caso de los slidos, el cambio de volumen es tan pequeo que se puede escribir CV puede calcularse a partir del cambio de energa interna con la temperatura de acuerdo con (1) y (3):

El U interior de la energa en un slido es esencialmente el resultado de vibraciones de la red causados por el calor.

fig. 7: capacidad calorfica molar de un slido de acuerdo con la aproximacin de Debye.Segn la teora de Debye, que considera vibraciones de la red hasta un vD frecuencia lmite, la capacidad calorfica viene dada por

= 3 Nk D (T / ) Donde z = h ~ / kT, 0 = HVD / K, llamado la temperatura de Debye h = constante de Planck, k = constante de Boltzmann, N = nmero de tomos en el volumen considerado.D (T / ) se llama la funcin de Debye.

Para grandes valores de T / el lmite superior de integracin es pequeo, el integrando se puede ampliar y obtenemos la ley de Dulong y Petit:

Obtenemos as la capacidad calorfica molarDonde NL es el nmero Loschmidt y R la constante de los gases.Temperatura de Debye: Aluminio: 419 K de cobre: 335 K Hierro: 462 K Zinc: 100 KPara la evaluacin, la capacidad de calor se supone que es constante en el intervalo de temperatura considerado. Despus de que los cuerpos metlicos a temperatura T2 (= 100 C) se ponen en el agua fra a la temperatura T1, la mez-cla en el calormetro tiene una temperatura Tm que resulta del balance energtico. Las temperaturas antes y despus del intercambio de calor no son constantes debido al intercambio de calor con el entorno. Para la evaluacin seleccionar la escala apropiada para el eje de temperatura mediante la adaptacin de las "opciones de visualizacin" en el men "Medicin". Agrandar el grfico a tamao de pantalla completa y utilizar la funcin de "encuesta" para determinar la temperatura T1 de inicio y la temperatura de la mezcla Tm con la ayuda de las lneas de cursor (Figs. 4-6). La diferencia en la temperatura tambin est disponible.

La capacidad de calor especfico de los diferentes materiales se obtiene a partir del balance de energa de la siguiente manera:

Donde C = 80 J / K = capacidad calorfica del calormetro C = 4,19 J / g K = calor especfico del agua m1 = 200 g = masa de agua m2 = 120 g = masa de los cuerpos metlicosAluminiofierroLatn

T1 [C]22.2322.6021.82

Tm [C]30.1726.7825.41

Tm-T1 [K]7.944.183.59

T2-Tm [K]69.8373.2274.59

C [J/gK]0.8700.4370.368

clit [J/gK]0.8960.4520.385

Cm [J/molK]23.4624.4123.72

Tab.1: Tpico ejemplo de medicin de la capacidad calorfica Los valores medidos (Tab.1) de la capacidad de calor corresponden a los valores encontrados en la literatura. Los valores de capacidad calorfica molar, medida en el experimento tambin concuerdan bien con los valores tericos de la ley de Dulong y Petit `s (24,94 J / (mol K)).