Universidad La Salle Facultad de Ingeniería. Miguel L. Toledano. Práctica 4.

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Resumen—El calor medido es igual al cambio en la energía

interna del sistema menos el trabajo realizado, como la presión

se mantiene constante, el calor medido representa el cambio

de entalpía. La calorimetría mide el calor en una reacción

química o un cambio de estado usando un instrumento

llamado calorímetro.

I. OBJETIVOS.

Comprender el funcionamiento del calorímetro.

Determinar el calor específico de diferentes metales.

Comparar los resultados experimentales con los

teóricos, así como calcular el error porcentual.

II. MARCO TEÓRICO

Cotidianamente suele confundirse o emplear dos conceptos

fundamentales de la termodinámica como sinónimos, en

muchas otras ocasiones, son mal empleados, estos son el calor

y la temperatura. Son dos propiedades termométricas únicas y

diferenciables una de otra tal como lo indica la tabla que se

muestra a continuación.

Temperatura Calor

Se asocia a la actividad

molecular del sistema

Es una interacción energética

entre un sistema y sus

alrededores.

La base de esta propiedad

reside en el axioma del

equilibrio térmico, también

conocido como ley 0 de la

termodinámica.

Es consecuente de la

diferencia de temperatura

entre el sistema y sus

alrededores.

Parte de la noción sensitiva

de acuerdo con lo que al

tacto se siente frío y lo

caliente al tacto.

Es una expresión que indica

la parte de energía que se

transfiere de un sistema o

cuerpo hacia otro que se

encuentra a una temperatura

distinta.

Es una magnitud

cuantificable, y definidas por

escalas empíricas y escalas

absolutas.

La cantidad de energía

térmica que se traspasa se

calcula y se expresa en

calorías.

A partir de observaciones experimentales, la primera ley de

la termodinámica establece que la energía no se puede crear

ni destruir durante un proceso; sólo puede cambiar de forma.

Por lo tanto, cada cantidad de energía por pequeña que sea

debe justificarse durante un proceso. De manera matemática

esta primera ley se puede expresar como una integral cíclica

del calor proporcional a la integral cíclica de trabajo. Todo

ello durante cualquier ciclo que siga un sistema

termodinámico.

El calor se define como la forma de energía que se transmite

a través del límite de un sistema que está a una temperatura a

otro sistema (o medio exterior) a una temperatura más baja.

Esto es, el calor se transmite del sistema a mayor temperatura

al de menor temperatura, y la transmisión de calor ocurre

solamente porque hay una diferencia de temperatura entre los

dos sistemas. El calor latente se define como la diferencia

entre la entalpía (por unidad de masa) de una fase en

condiciones de saturación y la entalpía (por unidad de masa)

de la otra fase en condiciones de saturación, a la misma

presión y temperatura. Por otra parte, el calor sensible es aquel

que recibe un cuerpo o un objeto y hace que aumente su

temperatura sin afectar su estructura molecular y por lo tanto

su estado.

La caloría es una unidad de energía del Sistema Técnico de

Unidades, basada en el calor específico del agua. En

termodinámica la caloría-kilogramo, representa la energía

calorífica necesaria para elevar en un grado Celsius la

temperatura de un kilogramo de agua. Esta definición

corresponde a la kilocaloría propiamente dicha y equivale a

4.1868 kJ.

Para poder entender el comportamiento y la clasificación a

la que corresponde el calor como variable termométrica, es

pertinente definir tres conceptos fundamentales como lo son:

sistema, estado, proceso y trayectoria (desde el punto de vista

de la termodinámica). Un sistema, es una porción de espacio o

cantidad de materia que se selecciona con el propósito de ser

analizado. Todo lo que es ajeno al sistema se denomina

alrededores, y el límite real o hipotético entre el sistema y los

alrededores se conoce como fronteras o límites del sistema. El

estado de un sistema queda identificado por el conjunto de

valores que tienen las propiedades termodinámicas en un

instante dado. Un proceso ocurre cuando el sistema pasa de un

estado termodinámico a otro. Finalmente, la trayectoria es el

conjunto de estados por los que pasa un sistema al realizarse

un proceso. Una vez que hemos definido estos conceptos

clave, podemos dar respuesta a la pregunta sobre ¿Por qué el

calor es una variable de trayectoria? Por principio, es

indispensable saber que, por definición, ningún cuerpo

contiene calor. Más bien el calor se identifica solamente

cuando cruza el límite. Por tanto, el calor es un fenómeno

transitorio, es decir, en términos de variable, este se expresa

como una variable de trayectoria, ya que es una variable que

Calorimetría

Por. López Toledano Miguel

Universidad La Salle Facultad de Ingeniería.

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solo aplica en los cambios de estado que experimenta un

sistema. Por ejemplo. Cuando el cobre se coloca en agua y los

dos están en comunicación térmica, el calor se transmite del

cobre al agua, hasta que se establece el equilibrio de

temperatura. En este punto ya no tendremos transmisión de

calor por más tiempo, debido a que no hay diferencia de

temperatura. Ninguno de los sistemas contiene calor al

concluir este proceso. De esto se sigue que el calor se

identifica en el límite del sistema, porque él se define como la

energía que está siendo transmitida a través del límite del

sistema.

III. PROCEDIMIENTOS Y DESARROLLO EXPERIMENTAL

A. Material y Equipo

Una probeta

Un calorímetro.

Dos termómetros de mercurio.

Cuatro muestras de diferentes metales.

Un vaso de precipitados.

Una balanza.

Un mechero de Bunsen.

Un soporte universal.

Pinzas para soporte universal.

B. Montar el equipo como se muestra en la imagen.

1.- Pese un vaso vacío y seco en la balanza electrónica y por

diferencia agregue 100 gramos de agua a temperatura

ambiente. Viértala en el calorímetro.

Determine la temperatura del agua con el termómetro de

mercurio. Deje abierto el calorímetro.

2.- Pese una de las muestras metálicas en la balanza

electrónica.

3.- Amarre la muestra con el hilo dejando libre un extremo.

4.- Pase la muestra al vaso de precipitados que contiene agua y

caliente hasta ebullición, manteniendo el calentamiento

durante cinco minutos. Anote la temperatura registrada con el

termómetro de mercurio.

5.- Con cuidado, tome la muestra del vaso con el extremo libre

del hilo y pásela al calorímetro. Coloque la tapa de éste y agite

el agua que contiene a la muestra metálica.

6.- Revise la lectura del termómetro y cuando se estabilice

indicará la temperatura de equilibrio o final. Anote este valor.

7.- Repita los pasos uno al cinco con las muestras metálicas

restantes.

IV. REGISTROS

A continuación se muestra la tabla de registros

experimentales.

Muestra Masa

Kg

Ti [K]

Metal

Tf [K]

Metal

Ti [K]

Agua

Tf [K]

Agua

Aluminio 0.0101 367.15 301.15 299.15 301.15

Cobre 0.0334 365.65 302.65 300.15 302.65

Carbón 0.0062 367.15 300.15 299.15 300.15

Acero 0.0306 367.15 302.15 298.15 302.15

V. RESULTADOS

Muestra

metálica

Ce

kgK

kcal

Ce

kgK

kcal

Teórico Experimental

Aluminio 0.22 0.15

Cobre 0.093 0.063

Carbón 0.310 0.120

Acero 0.1099 0.1005

Muestra metálica Porcentaje de Error

Aluminio 31.81%

Cobre 32.25%

Carbón 61.29%

Acero 8.55%

REFERENCIAS

[1] Van Wylen, Sonntag, “Fundamentos de Termodinámica”.

Editorial Limusa, 1996, p 7, 60 y 70.

[2] Manrique José Ángel, “Termodinámica”. Segunda

edición, Editorial Alfaomega, 2001, p 7, 60 y 70.

[3] Yunus A. Cengel, Michael A. Boles, “Termodinámica”,

Séptima Edición. Editorial McGraw-Hill, 2012, p 70.

[4] Calor específico del agua entre 0 °C y 100 °C, Disponible

en:

http://www.vaxasoftware.com/doc_edu/qui/caloresph2o.p

df [5] Tabla de calor, Disponible en :

http://www.rumbonorte.cl/downloads/Tabla%20de%20Ca

lor%20Espec%C3%ADfico.pdf [6] Tablas de propiedades y de calor específico de diversos

materiales, Disponible en:

http://www.valvias.com/prontuario-propiedades-

materiales-calor-especifico.php