Calorimetría - Resuelto

IES Simón Bolívar

Trabajo Experimental

Práctico de Laboratorio n° 2

Autor: Noelia Vivas, Facundo Sanabria– 3° año del Profesorado de Física

Catedrático: Alejandro Diego Menoyo

Fecha: 21/11/2014

Resumen

En el presente trabajo de laboratorio vamos a utilizar el método de las mezclas para obtener el calor específico del agua.

Para la realización de este procedimiento nos fue solicitada la construcción de nuestro propio calorímetro casero, el cual procedimos a estudiar junto y a lo largo de este trabajo para poder tener los datos necesarios para aplicar el marco teórico ofrecido y llegar a nuestra meta.

Al ser un trabajo de laboratorio más propiamente dicho y manipular varias herramientas de medición de distintas magnitudes, lo vuelve una actividad muy interesante y entretenida para realizar.

Introducción

Esta experiencia de laboratorio utilizartemos el método de las mezclas para determinar el calor específico de una sustancia. Utilizaremos un calorímetro, que como cualquier objeto también absorberá calor, sería necesario entonces conocer la masa del calorímetro y su calor específico. Como esto es sumamente difícil, ya que el calorímetro esta formado por muchas sustancias diferentes (termómetro, recipiente, agitador, aire) se determina el equivalente en agua del calorímetro, que sería la masa que tendría el calorímetro si fuera de agua.

Para determinar el calor específico de una sustancia cualquiera, se calienta la muestra, de masa conocida, en una estufa o en un baño de vapor a una temperatura conocida. Conociendo las temperaturas inicial y final del agua, la masa del agua y el equivalente en agua del calorímetro, las temperaturas inicial y final de la muestra, y la masa de la muestra, se puede determinar el C_eya que los otros factores son conocidos.

Objetivos

Determinar el calor específico medio de una sustancia.
Aplicar los conocimientos teóricos de calorimetría.

Marco Teórico

La interacción que causa cambios de temperatura es básicamente una transferencia de energía de una sustancia a otra. Ésta se da exclusivamente por una diferencia de temperatura denominada flujo de calor o transferencia de calor, en tanto que la energía así transferida se llama calor.

La caloría (cal) se define como la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de 1 gr de agua de 14.5 °C a 15.5 °C. También se usa la kilocaloría (Kcal), las calorías de valor alimentario son en realidad kilocalorías.Si calentamos agua para hacer té, necesitamos el doble de calor para dos tazas que para una, si el intervalo de temperatura es el mismo. La cantidad de calor requerida también depende de la naturaleza del material donde C es una cantidad diferente para cada material, llamada calor específico del material. Si son positivos, entra calor en el cuerpo y aumenta su temperatura; si son negativos, sale calor del cuerpo y disminuye su temperatura.

El método de las mezclas es un procedimiento experimental para determinar el calor específico medio de una sustancia.

Utiliza para ello un calorímetro, que en su forma más sencilla consiste en un recipiente metálico de paredes delgadas, cuya superficie exterior esta plateada para reducir las pérdidas de calor por radiación. Las pérdidas de calor se reducen rodeando el recipiente con una envoltura impermeable al calor, que se encuentra cerrado para evitar pérdidas por convección. La tapa posee dos perforaciones, una de ella para permitir las lecturas de la temperatura en el calorímetro a través de un termómetro.

En el recipiente se introduce una cantidad conocida de agua, si leemos el termómetro antes y después de introducir una cantidad (Q desconocida) de calor, puede determinarse Q a partir de la elevación de la temperatura producida en el agua.

Determinación del equivalente en agua del calorímetro.

El calorímetro, como cualquier objeto también absorberá calor, sería necesario entonces conocer la masa del calorímetro y su calor específico, como esto es sumamente difícil, ya que el calorímetro está formado por muchas sustancias diferentes (termómetro, recipiente, agitador, aire) se determina el equivalente en agua del calorímetro, que sería la masa que tendría el calorímetro si fuera de agua.

Para ello se introduce en el calorímetro una cantidad conocida de calor (en forma de agua, con masa y una temperatura conocida), y se registra la variación de la temperatura del líquido contenido en el recipiente.

Si m₁es la cantidad de agua en el recipiente, t₁ la temperatura inicial del agua del recipiente, m₂es el agua agregada al calorímetro, t₂la temperatura del agua que se agrega y t_f la temperatura final que alcanza la mezcla, entonces:

(m_c + m₁) · (t_f –t₁) = - m₂ · (t_f –t₂)

Donde m_c es el equivalente en agua de la masa del calorímetro.

Materiales y Equipo

Calorímetro
Balanza
Estufa
Pipeta Graduada
Bureta
Vaso Precipitado
Termómetro
Calculadora
Agua

Procedimiento Experimental

Para determinar el calor específico de una sustancia cualquiera, se calienta la muestra, de masa conocida, en una estufa o en un baño de vapor a una temperatura conocida.

Se mide la temperatura y la masa del agua del calorímetro, se introduce rápidamente la muestra al calorímetro, se agita el agua y se mide su temperatura final.

Conociendo las temperaturas inicial y final del agua, la masa del agua y el equivalente en agua del calorímetro, las temperaturas inicial y final de la muestra, y la masa de la muestra, se puede determinar el C_eya que los otros factores son conocidos.

Plantee para ello la ecuación para un sistema aislado.

Secuencia de Pasos para realizar la práctica

Introduzca agua en el calorímetro y pésela (aproximadamente 150 gr.)
Coloque agua en un vaso de precipitado y péselo (aproximadamente 100 gr.).
Caliente el agua del vaso de precipitado a 50 º aproximadamente.
Tome las temperaturas iniciales, tanto del agua del calorímetro como del agua del vaso.
Realice rápidamente la mezcla, introduciendo el agua del vaso en el calorímetro, tome la temperatura final de la mezcla.
Repita nuevamente el paso 1, renovando el agua del calorímetro por una de temperatura ambiente.
Caliente el cuerpo al que va a medir el C_e colocándolo en un recipiente con agua hirviendo.
Tome las temperaturas iniciales, tanto del agua del calorímetro como la del cuerpo a medir el C_e.
Repita el paso 5, introduciendo el cuerpo en el calorímetro, tome la temperatura final de la mezcla
Pese el cuerpo.

Tabla u Hoja de Datos

Variable	Denominación	Símbolo	Medición 1° Act.	Medición 2° Act.
Masa	Masa calorímetro	Mc	X	7,85 gr
	Masa agua a T1	M1	150 gr	150 gr
	Masa agua a T2	M2	108 gr	84,5 gr
Temperatura	Temperatura equilibrio	Te	35 ºC	29 ºC
	Temperatura Inicial	T1	22 ºC	22 ºC
	Temperatura Final	T2	54 ºC	100 ºC
	Calor Especifico	Ce	1[cal/gr x ºC]	X

Procesamiento de Datos Experimentales

1° Actividad: Obtener la masa del calorímetro

[ Mc + M1] x [ Te – T1 ] = - M2 x Ce [Te – T2 ]

[ Mc + 150] x [ 35 – 22 ] = - 108 x 1 [ 35 – 54 ]

Mc= 157,8 – 150 Mc = 7, 85 gr

2°Actividad: Obtener el calor específico de la sustancia

[ Mc + M1] x [ Te – T1 ] = - M2 x Ce x [Te – T2 ]

[ 7, 85 + 150] x [ 29 – 22 ] = - 84,5 x Ce x [ 29 – 100 ]

_{1104,95 = 5999,5 x Ce Ce = 0,185 [cal/gr x ºC]}

Conclusiones

En la primera actividad, pudimos notar que es importante obtener la masa del calorímetro para posteriormente calcular el calor específico de la sustancia. Al determinar el equivalente en agua del calorímetro, pudimos averiguar cuál sería la masa que tendría el calorímetro si fuera de agua y de ésta manera ahorrarnos mayores complicaciones al obtener datos de los distintos componentes que lo conforman.

Utilizar la secuencia de pasos en la segunda actividad nos permitió comprender el procedimiento necesario para obtener los datos pertinentes que nos sirvan en el objetivo de calcular el calor específico de la sustancia.

Las actividades requería manipulación del instrumental del laboratorio, registro de la apreciación del los instrumentos y las distintas consideraciones para lograr una mayor eficiencia en los resultados, dándonos ésto la posibilidad de utilizar los conocimientos sobre medición y valorar su importancia.

Bibliografía

M.Sc. Maximino Suazo, “Pautas para la elaboración de informes de laboratorio”, Catedrático de la Universidad Pedagógica Nacional Francisco Morazán y de la Universidad Nacional Autónoma de Honduras
Física universitaria Sear-Zemansky Volumen 1 Decimo segunda edición