Resumen Utilizando el método de las mezclas del calorímetro se obtuvo el calor especifico de un grano comestible en este caso el frijol el valor obtenido es de 17.81J/g°C el error obtenido es del 32.97% Palabras claves: Calor específico, calorimetro, método de mezclas.

AbstractUsing the method of the mixtures was obtained calorimeter a grain specific heat in this case edible bean is the value obtained 17.81J / g ° C the error is obtained 32.97%Keywords: Specific heat, calorimeter, method of mixtures.

INTRODUCCIÒN

Cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de una unidad de masa de una sustancia en un grado. En el SI de unidades, el calor específico se expresa en julios por kilogramo y kelvin; en ocasiones también se expresa en calorías por gramo y grado centígrado. El calor específico del agua es una caloría por gramo y grado centígrado, es decir, hay que suministrar una caloría a un gramo de agua para elevar su temperatura en un grado centígrado.

De acuerdo con la ley formulada por los químicos franceses Pierre Louis Dulong y Alexis Thérèse Petit, para la mayoría de los elementos sólidos, el producto de su calor  específico por su masa atómica es una cantidad aproximadamente constante. Si se expande un gas mientras se le suministra calor, hacen falta más calorías para aumentar su temperatura en un grado, porque parte de la energía suministrada se consume en el trabajo de expansión. Por eso, el calor específico a presión

constante es mayor que el calor específico a volumen constante

1. MARCO TEORÌCO

Calorimetría adiabáticaConsiste en evitar transferencia de calor desde el recipiente donde se introduce la muestra, a un recipiente exterior que rodea el anterior. Las otras técnicas calorimétricas pueden presentar diferentes problemas a la hora de realizar un experimento por eso en este trabajo se seleccionó un calorímetro que opere bajo los principios de la calorimetría adiabática para la determinación de capacidad calorífica de fluidos.

En este calorímetro la temperatura del escudo se mantiene lo más cerca posible a la temperatura de la celda para evitar la transferencia de calor, es decir establecer condiciones adiabáticas .Un calorímetro adiabático se acerca al modelo ideal mejorando la exactitud ya que minimiza la diferencia de temperatura entre el calorímetro y sus alrededores, minimiza los coeficientes de transferencia de calor y minimiza el tiempo para el intercambio de calor. El

problema que se puede presentar es la determinación de las pérdidas de energía por fugas de calor.

Método de mezclasEste aparato tiene la característica ya descripta y ha sido denominado impropiamente calorímetro de agua. Las determinaciones se efectúan a intervalos de temperaturas próximas a la temperatura del medioambiente; y se supone que el calor específico del agua es constante e igual a la unidad.

El método consiste en introducir en el calorímetro una cantidad conocida de agua, a una temperatura determinada, y luego colocar dentro de ella cierta masa de la sustancia cuyo calor específico se desea conocer y a una temperatura superior conocida. Se mide la elevación de temperatura del agua, hasta que alcance el equilibrio térmico con la sustancia problema.

Si llamamos M1 a la masa del agua, t1 a su temperatura inicial que es la misma del calorímetro; Mt, Ma Mp las masas del termómetro, agitador y paredes del calorímetro cuyos calores específico son respectivamente ct , ca y cp ; m2 la masa de la sustancia cuyo calor específico c2 se desea conocer y que se introduce a temperatura t2; y por último t a la temperatura de equilibrio, siendo t2 > t > t1; de acuerdo a la definición de calor específico, medio, el calor cedido por la sustancia problema será:

Q2 = M2.c2.(t2 − t) (1)

Y el calor absorbido por el agua, las paredes del calorímetro, el termómetro y agitador: siendo el calor específico del agua igual a 1).

Q1 = (M1 + Mt .ct + Ma .ca + Mp .cp) . (t - t1) (2)

Como los cuerpos forman parte de un sistema aislado y solo intercambian calor, deberá ser: Q1 = Q2; además, de acuerdo a la definición de equivalente en agua

K = Mt .ct + Ma .ca + Mp .cp

En consecuencia

M2 .c2 (t2 − t) = (M1 + K) (t − t1)

De donde

C p=(M ¿¿a+K )(T e−T 2)

M g (T g−T e )(3)¿

Esta expresión permite calcular el calor específico medio de la sustancia entre las temperaturas t2 y t.

Para determinar el calor especifico de un sólido se emplea un aparato llamado calorímetro de mezclas consta de un deposito dentro del cual va un vaso que puede ser un vaso Dewar y que el conjunto esta aislado del exterior. El aparato va provisto de un termómetro y un agitador3.

2. PARTE EXPERIMENTAL

2.1. Materiales y equipos Vaso de precipitación Calorímetro Embudo Termómetro Varilla de agitación

Cronómetro

2.2. Sustancias y reactivos

Agua destilada (H2O) Granos comestibles (arvejas))

2.3. Procedimiento

Determinación del calor específico de granos comestibles

Pesar una cantidad (mG) de granos comestibles de calor específico (cG) desconocido, que se encuentren a temperatura ambiente (TG).

Medir la temperatura de los granos cada 30 segundos durante cinco minutos (deberá ser la temperatura ambiente).

Paralelamente colocar una masa conocida de agua en el calorímetro (m2) a 10°C por debajo de la temperatura ambiente (T3), agitar lenta y Laboratorio de Termodinámica constantemente.

Medir la temperatura cada 30 segundos durante cinco minutos.

Colocar mG en el calorímetro, agitar lenta y constantemente. Medir la temperatura de equilibrio (Te) cada 30 segundos durante cinco minutos.

Realizar la experiencia por duplicado utilizando la misma cantidad de granos comestibles.

3. DatosNomenclatura

T=Temperaturama=Masa del agua mg=Masa del grano mm= Masa MetalCp=calor especifico del agua Cg =calor especifico del granot = tiempoK= equivalente térmico del CalorímetroTe = temperatura de equilibrio ms = masa del sólido.

3.1. Datos experimentales

 t(s)  Ensayo 1  Ensayo 2 n  T2  T1  Te Mezcla  T2  T1  Te Mezcla0 23 82 22 84

60 23 77 46,8 22 81 45,7120 23 74 46,5 22 77 45,4180 23 70 46,2 22 74 45,2240 23 68 46,2 22 70 45,2300 23 66 46,2 22 68 45,2

 Promedio 23 72,8 46,4 22,0 75,7 45,3

Tabla 1. Temperaturas de agua caliente, fría y mezcla en función del tiempo

n ma1 (g) ma2 (g)1 100,10 107,27

2 106,32 100,08

Tabla 2. Masa de agua utilizada para cada medición    Determinación del calor específico del sólido

 t(s)  Ensayo 1  Ensayo 2 n  Ts°C  T2°C  Te Mezcla  Ts°C  T2°C  Te Mezcla0 95,6 26,1 94,3 25,5

30 94,1 26,1 33,4 92,1 25,5 35,660 92,9 26 26,7 90,8 25,4 28,290 92,4 26 26,7 91,3 25,4 27,6120 90,3 26 26,7 90,2 25,4 27,6150 88,9 26 26,7 88,7 25,4 27,6180 85,6 26 26,7 88,4 25,4 27,6210 84,4 26 26,8 87,5 25,4 27,6240 82,6 26 26,8 87 25,4 27,6270 80,8 26 26,8 86,4 25,4 27,6300 79,4 26 26,8 85,8 25,4 27,6

Promedio 87,91 26,02 27,41 89,32 25,42 28,46

Tabla 3. Temperaturas de material sólido caliente, agua fría y mezcla en función del tiempo

n ms (g) m2 (g)1 6,05 108,232 6,04 101,13

Tabla 4. Masa de material sólido y agua utilizados para cada medición

Tfrijol Tagua fria Tmezcla

mg1 mg2 ma1 ma2 1 2t(s) T(°C) T(°C) T(°C) T(°C) T(°C) T(°C)30 26,2 26,1 16,3 16 17,2 17,660 26,2 26,2 16,5 16,1 17,2 17,790 26,2 26,1 16,4 16,2 17,3 17,9120 26,1 26,1 16,5 16,3 17,4 17,9150 26,2 26,1 16,8 16,4 17,7 18,2180 26,2 26,2 16,8 16,9 17,7 18,5210 26,1 26,1 16,9 17 17,9 18,7240 26,2 26,1 16,9 17,3 17,9 18,8270 26,2 26,2 17,2 17,5 18,2 18,9

300 26,2 26,1 17,2 17,6 18,2 19,1Tabla 5 Temperaturas de agua fría, caliente y de la mezcla en función del tiempo de los granos de frijol.

n mg ma

1 10,08 229,572 10,21 188,57

Tabla 6 Masa de grano comestibles y agua utilizados para cada medición.

3.2. Datos adicionales

Capacidad calorífica del agua 1cal/g°CCapacidad calorífica del grano 13.39 J/g°C1

4. Cálculos

Determinación del equivalente en agua del calorímetro

Como el calorímetro es un sistema adiabáticamente aislado tendremos que

Qg Qp

k=m1(T 1−T e)(T e−T2 )

−m2

Ecuación 1

Con los datos de las tablas 1 y 2 se calcula el valor de la constante del calorímetro aplicados a la ecuación 1.

k 1=100,10 (72,81−46,4 )(46,4−23 )

−107,27

k 1=5 ,70

k 2=106,32 (75,7−45,3 )(45,3−22 )

−100,8

k 2=37,91

K=21,80 calg°C

Determinación del calor específico del sólido

C s=(m2+k ) (T e−T 2)ms (T s−Te )

Ecuación 2

Con los datos de las tablas 3 y 4 se calcula el calor específico del solido aplicados a la ecuación 2.

C s1=(108,23+21,80 ) (27,41−26,02 )

6,05 (87,91−27,41 )

C s1=0,494calg °C

C s1=2,065Jg°C

C s2=(101,13+21,80 ) (28,46−25,42 )

6,04 (89,32−28,46 )

C s2=1,02calg °C

C s1=4,264Jg°C

C s=3,16Jg°C

Determinación del calor específico de granos comestibles

Cg=(m2+k ) (T e−T 2 )mg (T g−T e)

Ecuación 3

Con los datos de las tablas 5 y 6 se calcula el valor de la constante del calorímetro aplicados a la ecuación 3.

Cg1=(229,57+75,14)(17,67−16 ,75)

10 ,08 (26,18−17 ,67 )=3,2680 cal

g ° C=13 ,68 J

g°C

Cg2=(188,57+75,14)(18,33−16 ,73)

10 ,21 (26,13−18 ,33 )=5 ,251 cal

g ° C=21 ,95 J

g°C

Cg=5,251calg ° C

=21,95 Jg°C

5. Errores

Errores cuantitativos

Calculo del error de exactitud

El Valor teórico de la capacidad calorífica de los granos de frijol es de 13,39 J/gºC

E=CGTeorico−CGexperiemental

CGTeorico∗100

Ecuación 4

E1=13 ,39−17 ,814

13 ,39∗100=32.97%

Errores cualitativos

Errores cualitativos en esta práctica son casi nulos debido que se utilizaron instrumentos digitales y los cambios no estaban supeditados a observaciones de color ni precipitación. Errores SistemáticosIncertidumbre de los instrumentos de medición

Gramera de ± 0,01 g Termómetro ± 0,1 °C Cronometro ± 0,1 s

Errores aleatorios

La práctica estaba supeditada a este tipo de errores debido a la pérdida de calor hacia el ambiente por el calorímetro en el

momento que se realizan las mezclas en los diferentes ensayos.

Se tiene una gran aleatoriedad por el número de personas que intervinieron en los ensayos ya que cada grupo realizo un experimento con equipos diferentes.

6. Resultadosn Cg

113,679923

4

221,949386

6Promedio 17,814655Tabla4 tabla de resultados del calor especifico del granoError =32.97%

7. Discusión Se presentó un error muy grande para el cálculo del calor específico del grano tuvimos un error del 32.97% lo cual es bastante considerable para el cálculo se recomienda una revisión de los instrumentos medidos y tener más precaución a la hora de desarrollar la práctica para reducir este error.

8. Conclusiones.

Se determinó el calor especifico del grano de frijol utilizando el método de las mezclas con el calorímetro el cual arrojo un error de 32.97% y el dato obtenido fue de 17.81 J/g°C.

9. Referencias

1Almacenamiento comercial de frutas, legumbres y existencias de floristerías y viveros, edición 1 en 1988, servicio editorial del instituto interamericano de cooperación para la agricultura.

3 Química orgánica de Raymond chang, pagina 210

10. Anexos.10.1. Demerson foto del montaje