UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO

FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES

PLANTEL ARAGÓN

INGENIERÍA MECÁNICA

LABORATORIO DE TERMODINÁMICA

Practica #4

“CALORIMETRÍA”

NOMBRE DEL ALUMNO:

Paniagua campos José Daniel

Cartujano Vergara Jair Armando

NOMBRE DEL PROFESOR: ING. ALEJANDRO RODRÍGUEZ LORENZANA

GRUPO: JUEVES 17:30 – 19:00

Fecha de realización: Jueves 29 del mes de Septiembre

Practica #4 “Calorimetría”

Fecha de entrega: Jueves 6 del mes de Octubre

Objetivo:Determinar la constante de un calorímetro por el método de mezclas y aplicar el concepto de calor especifico, para una sustancia liquida.

Actividades:Determinar la constante de un calorímetro mezclando agua caliente y agua fría.

Calcular el calor especifico del agua, proporcionado calor al agua de un calorímetro por medio de una resistencia.

Material y/o Equipo. 1 Parrilla eléctrica de 750W. 1 Cronómetro. 1 Calorímetro. 2 Termómetros. 1 Resistencia eléctrica de inmersión. 2 Vasos de precipitado de 400 ml. 1 Balanza granataria. 1 Multímetro. 1 Pesa de 1 Kg.

1 Pesa de 12

Kg.

1 Guante de asbesto. 1 Agitador de vidrio. 1 Probeta graduada.

Sustancias. Agua potable.

Aspectos Teóricos:Calor o Energía Térmica.- Es la suma de energía cinética de todas las molecular, cuyo resultado es la ganancia o pérdida de energía interna; el calor es simplemente otra forma de energía que puede medirse solo en función del efecto que produce. Existen 2 unidades para medir el calor:

a) Caloría (cal).- Es el calor necesario para aumentar la temperatura de un gramo de agua en un grado Celsius.

b) Unidad Técnica Británica (BTU).- Es la cantidad de calor necesario para elevar en un frado Fahrenheit la temperatura de una libra de agua.

Ing. Mecánica –Laboratorio de Termodinámica – FES Aragón -UNAM

Practica #4 “Calorimetría”

Capacidad Calorífica.- Es la relación existente entre la cantidad de calor de una sustancia y su correspondiente elevación de temperatura.

C=∆Q∆T

La capacidad calorífica de una sustancia tiene un valor mayor si se lleva a cabo la presión constante, que si se realiza a volumen constante, ya que al aplicar presión constante a una sustancia, ésta sufre un aumento de su volumen, lo que provoca una disminución a su temperatura y en consecuencia, necesitará mas calor para elevarla. A volumen constante, todo el calor suministrado a la sustancia pasa a aumentar la energía cinética de las moleculas, por tanto, la temperatura se incrementa con mayor facilidad.

Calor Específico (Ce).- De una sustancia es igual a la capacidad calorífica de dicha sustancia entre su masa:

ce=Cm

Y como:

C=∆Q∆T

Sustituyendo:

Ce= ∆Q∆Tm

Por lo tanto:

Q=mC e∆T

En términos prácticos el Ce de una sustancia se define como la cantidad de calor necesaria para elevar en un grado la temperatura de una masa unitaria de la sustancia.

Calorímetro.- Es un recipiente que permite medir las cantidades de calor que interactúan cuando se mezclan sustancias a diferentes temperaturas éstas tienden a alcanzar el equilibrio térmico, es decir, mientras una pierde calor la otra gana, por ello se realiza un balance de energía en el calorímetro y se cumple que: “En cualquier intercambio de calor efectuado, el calor cedido es igual al absorbido”:

Q2 = Q1

Por lo tanto:

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Practica #4 “Calorimetría”

m2C e 2 (T 2−T 1 )=m1C e 1(T2−T 1)

Desarrollo.Actividad l: “Constante de un Calorímetro”

1. Calibrar la balanza2. Medir la masa del calorímetro. Anotar su valor en la tabla 4.1 A.3. Con la probeta medir 200 ml de agua fría, vaciarlos en el calorímetro.4. Medir la masa del agua fría. (Resta la masa del calorímetro con la masa del agua). Anotar

su valor en la tabla 4.1 A.5. Con el termómetro medir la temperatura del agua hasta que esta se estabilice. Anotar su

valor en la tabla 4.1 A (Considerar esta como la temperatura T1)6. Con la probeta medir 200 ml de agua, vacíelos en el vaso de precipitado de 400 ml y medir

la masa del agua, misma que seria la del agua caliente. Anotar su valor en la tabla 4.1 A.7. Colocar el vaso sobre la parrilla.8. Conectar la parrilla a la toma de corriente.9. Introducir el termómetro en el vaso, procurando que éste no toque el fonto, espere a que

el agua alcance una temperatura de 40°C.10. Con el guante de asbesto puesto, retirar el vaso de la parrilla y colocarlo sobre la zona de

trabajo de la mesa.11. Esperar a que la temperatura de vaso se estabilice, esta será considerada como la

temperatura dos (T2) Anotar su valor en la tabla 4.1 A.12. Verter el agua del vaso en el calorímetro, mezclar con el agitador de vidrio y esperar a que

la temperatura se estabilice. Considerar esta como la temperatura tres (T3). Anotar el valor en la tabla 4.1 A.

13. Por medio del siguiente análisis, determinar la constante del calorímetro (Kcalorímetro). Anexa la memoria de cálculos en el reporte y coloca los resultados que se pide en la tabla 4.1 B y 4.1 B-BIS.

Qcedido = Qganado

Q cedido del agua caliente = Q ganado por el agua fría + Q ganado por el calorímetro

Para calcular la cantidad de calor Q necesario para el cambio de temperatura:

Q=mCe∆T

Por lo que:

Q cedido del agua caliente = m agua caliente Ce agua caliente (T3 agua –T2 agua)

Q ganado de el agua fría = m agua fría Ce agua fría (T3 agua – T1 agua)

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Practica #4 “Calorimetría”

Q ganado por el calorímetro = m calorímetro Ce calorímetro (T3 agua –T1 agua)

Donde:

m calorímetro Ce calorímetro = K; (K es la constante del calorímetro)

Por lo tanto:

Q ganado por el calorímetro = K calorímetro (T3 agua – T1 agua)

Y el calor cedido:

Q cedido = m agua fría Ce agua fría (T3 agua – T1 agua) + K calorímetro (T3 agua – T1 agua)

Despejando la constante del calorímetro se tiene:

K calorimetro=Qcedido aguacaliente−Qganadoagua friaT3agua−T 1agua

Actividad ll: Calor especifico en un liquido.

1. Calibrar la balanza.2. Medir la masa del calorímetro vacio. Anotar el valor en la tabla 4.2 A.3. Suministra en el calorímetro 450 ml de agua para que se cubra por completo la resistencia

de inmersión.4. Medir la masa del agua. (Resta la masa del calorímetro con la masa del agua). Anotar su

valor en la tabla 4.2 A.5. Con el termómetro medir la temperatura inicial del agua. Anotar su valor en la tabla 4.2 A.6. Medir el valor de la resistencia de inmersión. Anotar su valor en la tabla 4.2 A.7. Medir el valor del voltaje de línea. Anotar su valor en la tabla 4.2 A.8. Sin retirar el termómetro, sumergir la resistencia completamente dentro del calorímetro.

Ver figura 4.1 A.

9. Tomar el tiempo con el cronómetro en el momento de conectar la resistencia.10. Interrumpir el tiempo en el cronómetro cuando la temperatura del agua haya alcanzado

los 80°C. Anotar el tiempo en la tabla 4.2 A.

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Practica #4 “Calorimetría”

11. Para determinar el calor especifico del agua a presión constante, utilizar el método de suministro de energía eléctrica, que dice: “Por medio de una resistencia se elevará la temperatura a una cantidad de agua en función del trabajo eléctrico realizado”. Es decir:

W= v2

R∗t

Para conocer el calor suministrado al agua en términos de calorías se tiene que:

1volt2

ohm∗seg=0.2389Calorías = 1 Joule

Por lo que el calor cedido por la resistencia a presión constante, sin considerar pérdidas es:

Qcedido res=v2

R∗t (0.2389)

El calor ganado por el agua es:

Q ganado por él agua = Q cedido res – Q ganado por el calorímetro………………………..1

Y si el calor del agua es:

Q agua = mCe agua (T f agua – Ti agua)……………………….2

Igualando 1 y 2 tenemos:

mCe agua (T t agua –T i agua) = Q cedido res – Q ganado por el calorímetro

Despejando:

Ceagua=Qcedido−res−Q ganado−calorimetro

magua (T fagua−T iagua )

Si

Qcedido res= v2

R∗t (0.2389 )

Y

Qganado−Calorímetro=K calorimetro (T fa gua−T i agua)

Entonces, el calor especifico real de agua para este experimento es:

CeH 2∨¿= v

2

R∗t (0.2389 )−

Kcalorimetro (T f H 2O−T iH 2O )m (T f aguan−T i agua )

¿

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Practica #4 “Calorimetría”

Y el calor especifico ideal del agua, sin considerar las pérdidas de energía en el calorímetro:

CeH 2Oi=

v2

R∗t (0.2389 )

m (T f aguan−T i agua )

Donde:

W = Trabajo realizado (Joules)

R = Resistencia (Ω)

Q = Calor suministrado (J)

t = tiempo suministrado de calor (s)

V = voltaje de la línea (v)

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