Prctica 2. Calor de Fusin del Hielo OBJETIVOS

Comprobar que los cambios de estado se producen a temperatura constante. Determinar el calor latente de fusin del hielo. MATERIAL

FUNDAMENTO TERICO

El calor latente L de cambio de estado de una sustancia, es la cantidad de calor que hay que suministrarle a su unidad de masa para que cambie de un estado de agregacin a otro, lo que hace a temperatura constante. As, el calor latente de fusin es el correspondiente al cambio de estado slido a lquido, que tiene el mismo valor que en el proceso inverso de lquido a slido. Una de las formas de determinar el calor latente de cambio de estado es por el mtodo de las mezclas. Consiste en mezclar dos sustancias (o una misma en dos estados de agregacin distintos) a diferentes temperaturas, de manera que una de ellas ceda calor a la otra y la temperatura del equilibrio final es tal que una de ellas al alcanzarla, realiza un cambio de estado. Una condicin importante es que no haya prdidas calorficas con el medio exterior. Esto lo conseguimos ubicando la mezcla en el calormetro, que hace prcticamente despreciable esta prdida calorfica hacia el exterior. Obviamente, se ha de tener en cuenta la cantidad de calor absorbida por el calormetro, por medio de su equivalente en agua K (calculado en la prctica 1).

Este experimento se realiza con agua a una temperatura superior a 0 C e inferior a 100 C. Por tanto, en estado lquido y con hielo fundente a 0 C. M es la masa inicial de agua (en este caso la sustancia caliente), m es la masa del hielo fundente y K es el equivalente en agua del calormetro. T0 la temperatura del agua y del calormetro antes de la mezcla, T es la temperatura final del equilibrio, c es el calor especfico del agua lquida y L el calor latente de fusin del agua, valor que queremos determinar. Un simple balance energtico conduce a

(Mc + K) (T0 T) = mL + mc (T 0) (1) Qcedido = Qabsorbido

de donde

L = m

mcTT) (T K) + (Mc 0 (2) MTODO OPERATIVO 1) Si no se conoce el equivalente en agua del calormetro hay que determinarlo por el procedimiento

indicado en la prctica 1.

2) Limpie cuidadosamente el calormetro secndolo muy bien por dentro y por fuera.

3) Determine su masa (junto con sus accesorios) en la balanza, el termmetro digital no es necesario pesarlo. Anote este valor como M0.

4) Caliente agua en el vaso de acero, NUNCA EN EL VASO DE PLSTICO, hasta una temperatura que exceda a la del ambiente en unos 15 C.

5) Eche el agua caliente en el calormetro hasta que se moje la sonda del termmetro digital.

6) Saque del refrigerador del laboratorio unos cubitos de hielo, que pondr dentro del vaso de plstico, para que vayan iniciando la fusin y alcancen la temperatura de 0 C. Normalmente del congelador salen con una temperatura inferior a 0 C.

7) Ponga en la balanza el calormetro con agua y determine la nueva masa M. La masa del agua aadida es M = M M0.

8) Agite con suavidad el agua del calormetro hasta que observe que la temperatura se hace estable. Tome este valor como T0.

9) Tome un trozo de hielo fundente (secndolo con el papel de filtro lo mejor posible) y chelo con rapidez y cuidado dentro del calormetro. Procure que no salpique el agua hacia fuera. Remueva el agua del calormetro suavemente con el agitador, cuando haya fundido el hielo lea la temperatura final.

10) Repita la operacin anterior hasta conseguir que el descenso de la temperatura, en el calormetro, sea del mismo valor aproximadamente que el aumento experimentado cuando ech el agua caliente. Anote esta temperatura T. Al aadir hielo al calormetro hay que tener la precaucin de que el nivel de agua est siempre, como mximo, a un par de centmetros por debajo de su borde, pues si se moja la tapa de corcho se pierde el aislamiento.

11) Mida de nuevo en la balanza la masa del calormetro con la nueva cantidad de agua que tiene ahora y anote este valor M. La masa de hielo es m = M M.

12) Por medio de la expresin (2) calcule el calor de fusin del hielo L.

13) Repita la experiencia dos veces ms y tome como valor de L la media de las tres determinaciones. Exprese correctamente el resultado calculando el error pertinente.

CUESTIONES 1. En qu sentido influira en el resultado de la experiencia el hecho de que los trozos de hielo

estuvieran a una temperatura inferior a 0 C? Escriba las frmulas que sustituiran a las ecuaciones (1) y (2) en este caso.

2. En qu sentido se falseara el resultado de la experiencia si el hielo utilizado no estuviera bien seco?

3. Comprese el resultado obtenido para el calor de fusin del hielo con su valor real. Estudie las posibles causas de la diferencia existente, si hubiera alguna.

4. Explique cmo utilizara el mtodo de las mezclas para determinar el calor latente de vaporizacin del agua, escribiendo las ecuaciones correspondientes.

BIBLIOGRAFA Serway R. A. and Jewett J. W., 2004. Physics for Scientists and Engineers (6th edition). Thomson

Brooks/Cole.