UNIVERSIDAD NACIONAL DEL SANTAFACULTAD DE INGENIERA ESCUELA INGENIERA MECNICA

PRACTICA DE LABORATORIO DE FISICA IITEMA: Calor Latente de Fusin del AguaGRUPO: CALUMNOS: Jhanpol Rosales Muoz Mimbela Chvez JonhProf. Resp. : Secundino Vera

2014

OBJETIVOS Estudiar el comportamiento de la temperatura entre un cuerpo caliente que se enfra hasta alcanzar la temperatura del medio ambiente. Determinar la ecuacin emprica de la ley de enfriamiento de Newton.

FUNDAMENTO TEORICO

Calor latente

El calor latente es la energa requerida por una cantidad de sustancia para cambiar de fase, de slido a lquido (calor de fusin) o de lquido a gaseoso (calor de vaporizacin). Se debe tener en cuenta que esta energa en forma de calor se invierte para el cambio de fase y no para un aumento de la temperatura.Desde antiguo se usaba la expresin calor latente para referirse al calor de fusin o de vaporizacin. Latente, en latn, quiere decir escondido, y se llamaba as porque, al no notarse un cambio de temperatura mientras se produce el cambio de fase (a pesar de aadir calor), ste se quedaba escondido. La idea proviene de la poca en la que se crea que el calor era una sustancia fluida denominada calrico. Por el contrario, el calor que se aplica cuando la sustancia no cambia de fase, aumenta la temperatura y se llama calor sensible.

Cuando se aplica calor a un trozo de hielo, va subiendo su temperatura hasta que llega a 0 C (temperatura de cambio de estado); a partir de ese momento, aunque se le siga aplicando calor, la temperatura no cambiar hasta que se haya fundido del todo. Esto se debe a que el calor se emplea en la fusin del hielo. Una vez fundido el hielo la temperatura volver a subir hasta llegar a 100 C; desde ese momento, la temperatura se mantendr estable hasta que se evapore toda el agua.El concepto fue introducido alrededor de 1762 por el qumico escocs Joseph Black.Esta cualidad se utiliza en la cocina, en refrigeracin, en bombas de calor y es el principio por el que el sudor enfra el cuerpo.

Medida del calor latente de fusinSe llena un termo con hielo y se cierra. A travs del tapn se pasa un largo tubo de vidrio de pequea seccin S y dos cables que conectan con una resistencia por la que circula una corriente elctrica que calienta el hielo para convertirlo en agua a 0 C.Se aade agua a travs del tubo para rellenar la botella y propio el tubo.En la parte izquierda de la figura, se muestra la situacin inicial. En la parte derecha, la situacin al cabo de un cierto tiempo t despus de conectar la resistencia a una batera.La resistencia elctrica calienta el hielo, se funde y el volumen del sistema disminuye, como consecuencia, pasa agua del tubo de vidrio al termo. Medimos la variacin de altura del agua en el tubo vertical graduado.El experimento consiste en medir la energa necesaria para reducir el volumen del sistema en una determinada cantidad a temperatura constante y a presin constante.En el estado inicial tenemos una masa M de hielo de densidad h=0.917 g/cm3 en un volumen V0.M = hV0Al cabo de un cierto tiempo t, una masa m de hielo se ha convertido en agua de densidad a=1.0 g/cm3. El volumen V del sistema disminuye y la variacin de volumen, en valor absoluto, esPara fundir una masa m de hielo y convertirla en agua se necesita una cantidad de calor Q=Lfm donde Lf es el calor latente de fusinAl disminuir el volumen del sistema, el agua del tubo vertical entra en el termo, disminuyendo la altura en V=ShPodemos medir el calor Q que suministra la resistencia elctrica en el tiempo t.Q=i2RtMedimos la variacin de la altura h de agua en el tubo de vidrio vertical y despejamos el calor latente de fusin Lf

Ejemplo:La seccin del tubo vertical vale S=0.1782 cm2La densidad del hielo h=0.917 g/cm3La densidad del agua a=1.0 g/cm3Se precisan Q=13140 J para que el nivel de agua en el tubo vertical disminuya h=20 cm. todos estos procesos se utilizan en la materia que es Es decir es todo aquello que ocupa un sitio en el espacio, se puede tocar, se puede sentir, se puede medir, etc.Cuando se suministra energa en forma de calor a un cuerpo, a presin constante, e resultado es un incremento de la temperatura del cuerpo. En ocasiones el cuerpo puede absorber grandes cantidades de calor sin variar su temperatura, esto ocurre durante un cambio de fase, es decir, cuando la condicin fsica de la sustancia est variando de un estado de agregacin a otro (por ejemplo de slido a lquido). Se necesita una cantidad especfica de energa para el cambio de fase de una cantidad determinada de sustancia, esto lo expresamos como:Q = m LfAs (calor latente de fusin) es la cantidad de energa en forma de calor (en caloras) que se requieren para fundir una masa de sustancia cuando sta se encuentra en su punto de fusin. Para el caso particular del agua, si inicialmente la tenemos en la fase slida (hielo) a -10C y le transferimos energa en forma de calor, primeramente su temperatura cambiar de -10C a 0C, despus se transformar de hielo a agua lquida, sin sufrir cambios en su temperatura.Si inicialmente tenemos una masa de hielo a 0C y en el calormetro de masa tenemos una masa de agua a una temperatura T1 inicial, al introducir el hielo en el calormetro se tiene que la energa que absorbe el hielo es igual a la energa que cede el calormetro ms la energa que cede el agua lquida, es decir,Qh = (Qc + Qa) RESUMENEn este laboratorio el calor de fusin del hielo lo determinaremos tomando un trozo de hielo seco con una temperatura inicial de y vertindolo en el calormetro (sistema compuesto por un vaso de aluminio con una masa determinada y agua con una temperatura y una masa inicial determina; en un recipiente y con tapa que actan como aislante trmicos). Despus de que el hielo se derrite medimos la temperatura, la cual ser la temperatura de equilibrio y medimos la masa del calormetro con el agua y el hielo derretido con estos datos y los dems datos tomados con anticipacin podremos calcular las caloras necesarias para los diferentes procesos al igual que calcular el calor de fusin del hielo. INSTRUMENTOS Y MATERIALESMaterialesInstrumentosPrecisin

CalormetroTermmetro0.5

Hielo

Agua

PROCEDIMIENTO Y DATOS EXPERIMENTALES

Utilice la siguiente tcnica para medir masas: Coloque sobre la balanza el calormetro y presione la tecla tara de la balanza electrnica. Vierta en e calormetro 200 gr. De agua (ma). Anote esta lectura y las siguientes medidas en la tabla 2. Mida la temperatura inicil del agua. Con la misma tcnica mida la masa mh del hielo. Mida la Temperatura inicial Th. Aada hielo al calormetro, espere que se produzca el equilibrio trmico, y lea la temperatura de equilibrio T. Repita los pasos anteriores hasta completar 6 series de mediciones.TABLA 2Nma (Kg)Ta (C)TH (C)mh (C)T (C)

13002106023

23002206024.3

33002006022.1

43002106026

53002106025.2

63002006023.7

Promedio30020.833333306024.05

PROCESAMIENTO Y ANLISIS:

Con los datos de la tabla 2 y usando la ecuacin 3, obtn el calor latente de fusin del agua y las cantidades de calor transferidas para cada serie de mediciones. Anote sus respuestas en la tabla 3.

TABLA 3LfQaQhQlQha

25.022.57015.0231.806

18.922.20011.3752.589

28.522.45017.1621.264

6.218.8103.7123.612

11.219.8106.7283.130

18.520.44011.1302.227

promedio18.021.050.010.8552.438

En el mismo sistema de coordenadas Calor Temperatura trace, en papel milimetrado, la grfica de T vs Q para los procesos experimentados por la masa del hielo y del agua. Use los promedios de calor que figuran en la tabla 3 y los promedios de Ta y T de la tabla 2.

Fundamenta porque es o no consistente el hecho de que la parte del grafico que corresponde al proceso experimentado por la masa de agua, es lineal con pendiente.

Fundamenta porque es o no consistente el hecho de que la parte del grafico que corresponde al proceso experimentado por la masa de hielo ya convertido en agua de To=0 a Tf=T, es lineal con pendiente positiva.

Evalue el error porcentual en la medicin del calor latente del agua comparando el valor obtenido con el proporcionado en la tabla 1.

RESULTADOSSustanciaCalor Latente LfCalo latente (Textos)Discrepancia

Agua18.03*10^433.3*10^445.80%

CONCLUSIONES: De qu factores depende el calor latente de una sustancia?.............................................................................................................................................................................................................................................................. Por qu no hay aumento de temperatura del hielo durante el proceso de fusin?.............................................................................................................................................................................................................................................................. Que espera que suceda, respecto a la medida experimental del calor lstente del hielo, si al hielo que aade al agua dentro del calormetro, le acompaa una cantidad significativa de agua lquida?..............................................................................................................................................................................................................................................................