UNIVERSIDAD CATÓLICA DE SANTA MARÍA FACULTAD DE ARQUITECTURA E INGENIERÍAS CIVIL Y DEL AMBIENTE PROGRAMA PROFESIONAL DE INGENIERÍA AMBIENTAL
ESTUDIO EXPERIMENTAL DE LA TRANSFERENCIA DE CALOR EN PROCESOS FISICOS Y QUIMICOS: CALORIMETRIA l
AUTORES: -
Bustamante Mora, Marco (P.P Ingeniería Ambiental, F.A.I.C.A.; Campus U.C.S.M. Arequipa, PERÚ) - Supo Supo, Allison (P.P Ingeniería Ambiental, F.A.I.C.A.; Campus U.C.S.M. Arequipa, PERÚ) - Trillo Alarcón, Alarcón, Ana Lucía (P.P Ingeniería Ambiental, F.A.I.C.A.; Campus U.C.S.M. Arequipa, PERÚ)
AREQUIPA-PERÚ 2014
RESUMEN En esta práctica pudimos construir una nueva escala de temperatura usando el principio de las Ley CERO de la termodinámica para la cual se necesitó pasar por dos pasos: 1) se colocó en un vaso de precipitados 5 cubitos de hielo + 5g de sal común, luego se anotó la temperatura de fusión del hielo, posteriormente cuando se derritió el hielo se inició el calentamiento a fuego directo hasta que se consiguió su ebullición (se anotó la temperatura de ebullición obtenida). 2) se colocó en un vaso de precipitados 30-50 g de manteca, luego se llevó a fuego directo lento (se anotó la temperatura de fusión), por último se continuó el calentamiento hasta que la manteca consiguió el punto de ebullición (se anotó la temperatura de ebullición obtenida). Para finalizar la práctica en base a los puntos de fusión y ebullición de ambos sistemas se construyó una nueva escala de temperatura º (Primer apellido del alumno).
Palabras clave: calorímetro, capacidad calorífica, Ley CERO, temperatura de fusión, temperatura de ebullición, equilibrio térmico.
ABSTRACT In this practice, we were able to build a new level of temperature using the principle of the Zeroth Law of Thermodynamics for which it needed to go through two steps: 1) was placed in a beaker 5 ice + 5 g sodium chloride, then the temperature of melting ice is scored, then when the ice melted over direct heat warming started until it’s got boiling
(boiling temperature obtained was scored). 2) was placed in a beaker, 30-50 g of fat, then brought to slow direct heat (the melting point was noted), and finally heating was continued until the butter obtained boiling point (to be scored obtained boiling temperature). A new temperature scale º (First name of student) was constructed to end the practice based on the melting and boiling points of both systems.
Keywords: calorimetry, heat capacity, ZERO Law, melting temperature, boiling temperature, thermal equilibrium.
INTRODUCCIÓN El calor es una forma de energía. La temperatura de un sistema es una propiedad del mismo que determina si que-dará o no en equilibrio térmico cuando se pone en contacto con cualquier otro sistema. Supóngase que el sistema A, a temperatura superior a la de B, es puesto en contacto con este. Una vez alcanzado el equilibrio térmico, se encuentra que A ha experimentado una disminución y B un aumento de temperatura. De esta manera decimos que entre dos cuerpos que se encuentran en estas condiciones existe un flujo de energía, a la que llamamos calor. Entonces tenemos que el calor es la energía trasferida entre dos sistemas y que está exclusivamente relacionada con la diferencia de temperatura existente entre ellos. Esta práctica trata de la calorimetría, por eso debemos saber que es calorimetría. Una definición sencilla dice que la calorimetría se encarga de medir el calor en una reacción química o un cambio físico usando un calorímetro. La calorimetría indirecta calcula el calor que los organismos vivos producen a partir de la producción de dióxido de carbono y de nitrógeno (urea en organismos terrestres), y del consumo de oxígeno.El calor específico es una propiedad intensiva de la materia, por lo que es representativo de cada sustancia; por el contra-rio, la capacidad calorífica es una propiedad extensiva representativa de cada cuerpo o sistema particular. Cuanto mayor es el calor específico de las sustancias, más energía calorífica se necesita para incrementar la temperatura. Por ejemplo, se requiere ocho veces más energía para incrementar la temperatura de un lingote de magnesio que para un lingote de plomo de la misma masa. OBJETIVOS:
Construir una nueva escala de temperatura usando el principio de equilibrio térmico o Ley CERO de la termodinámica. Determinar la capacidad calorífica de un sistema calorimétrico aislado consistente de dos elementos: CALORÍMETRO y AGUA. Determinar la capacidad calorífica o CONSTANTE del calorímetro. Determinar la capacidad calorífica específica del etanol (cpEtOH). Determinar la capacidad calorífica específica del cobre (cpCu).
MARCO TEÓRICO Calorímetro: es un instrumento que sirve para medir las cantidades de calor suministradas o recibidas por los cuerpos. Es decir, sirve para determinar el calor específico de un cuerpo, así como para medir las cantidades de calor que liberan o absorben los cuerpos. Capacidad calorífica: La capacidad calórica es la cantidad de calor que permite variar, en un grado, la temperatura de un cuerpo. Indica la mayor o menor dificultad que presenta dicho cuerpo para experimentar cambios de temperatura bajo el suministro de calor. Puede interpretarse como una medida de inercia térmica. Es una propiedad extensiva, ya que su magnitud depende, no solo de la sustancia, sino también de la cantidad de materia del cuerpo o sistema; por ello, es característica de un cuerpo o sistema particular. Por ejemplo, la capacidad calorífica del agua de una piscina olímpica será mayor que la de un vaso de agua. En general, la capacidad calorífica depende además de la temperatura y de la presión. Ley CERO: La ley cero de la termodinámica establece que si un cuerpo A se encuentra a la misma temperatura que un cuerpo B y este tiene la misma temperatura que un tercer cuerpo C, entonces, el cuerpo A tendrá la misma temperatura que el
cuerpo C. Por lo cual estaremos seguros de que tanto el cuerpo A, como el B y C, estarán los tres, en equilibrio térmico. Es decir: los cuerpos A, B y C, tendrán igual temperatura.
Temperatura de fusión: El punto de fusión o la temperatura de fusión es la temperatura a la cual una sustancia pasa del estado sólido al estado líquido, o a la inversa. También se denomina punto o temperatura de solidificación. Por ejemplo la temperatura de fusión del agua a una presión de 1 atm es de 0 °C Temperatura de ebullición: es aquella a la cual la presión de vapor del líquido es igual a la presión externa. En este punto, el vapor no solamente proviene de la superficie sino que también se forma en el interior del líquido produciendo burbujas y turbulencia que es característica de la ebullición. La temperatura de ebullición permanece constante hasta que todo el líquido se haya evaporado Equilibrio térmico: Si dos o más cuerpos se encuentran a diferente temperatura y son puestos en contacto, pasado cierto tiempo, alcanzarán la misma temperatura, por lo que estarán térmicamente equilibrados. Esta ley de la termodinámica ha sido utilizada en dispositivos como el termómetro para medir temperatura. MATERIALES Multitester Calorímetro Termómetro Agitador magnético Beaker Head-plate Probetas Cobre
REACTIVOS Cloruro de sodio Hielo Manteca vegetal Etanol absoluto
TÉCNICA 1. Construcción de una nueva escala de temperatura usando el principio de la ley cero de la termodinámica. a) Coloque en un vaso de precipitado de 250ml unos cuatro o cinco cubitos de hielo. Añada unos 5 a 10g de sal común y anote la temperatura de fusión del hielo conservando el termómetro sumergido un periodo suficientemente largo para conseguir el equilibrio térmico. Apenas todo el hielo haya desaparecido iniciar su calentamiento fuego directo hasta conseguir su ebullición. Anote la temperatura de ebullición obtenida. b) Continúe el experimento colocando unos 30 a 50 g de manteca vegetal en un vaso de precipitados de 250ml y llévelo fuego directo lento. Anote la temperatura de fusión de la manteca y continúe el calentamiento hasta que
la manteca fundida ebulla. Anote la temperatura de ebullición de la manteca. c) En base a los puntos de fusión y ebullición de ambos sistemas construya una nueva escala de temperatura ° (Primer apellido del alumno) dividiendo ambos rangos en 200 partes iguales y tomando como 0° (Primer apellido del alumno) el punto de fusión de ambos sistemas.
RESULTADOS 1) Hielo + Sal a) ()
93°C
Para -50 ()
96
200 div
B) 96°C – 200°B 1°C – x X = 2,08 Para -50
0
( )
47
-50
2) Manteca a) ()
240°C
Para -50 ()
192
200 div
b) 192 °C – 200 °B 1°C – x X=1,042
0
98
- 50
Para -50
-102
CONCLUSIONES La temperatura puede ser medida en diferentes escalas, estas van a arrojar valores de magnitudes diferentes a simple vista pero van a representar el mismo fenómeno. Las escalas que utilizamos habitualmente son más exactas y fáciles de usar que otras.
ASPECTOS A CONSIDERAR 1. Escalas de temperatura.
Valor conocido -50°C 50°C 85°C 120°C
Conversión En base a manteca En base a agua+sal vegetal 98°B -102 110.4°B 2.1 1.9°B 38.5 256.3°B 75
2. Capacidad calorífica del sistema calorímetro-agua. Reporte la Csist en KJ.K-1. Indicar los valores de V (volts), tiempo (segundos) T i y Tf (°C) y T usados
BIBLIOGRAFÍA http://educacion.gob.ec/wp-content/uploads/downloads/2013/09/Guia_fisicaquimica_2do_B2_090913.pdf http://industrial.umsa.edu.bo/ingcoronel/PRACTICA%206.pdf http://www.academia.edu/5346587/PRACTICA_CALORIMETRIA http://www.scielo.org.ve/scielo.php?pid=S131600872001000200002&script=sci_arttext https://es.scribd.com/doc/38486076/Calorimetria-Informe-de-laboratorio
