CAPACIDAD TÉRMICA ESPECÍFICA Y ENTALPIA DE VAPORIZACIÓN DEL AGUA

Introducción

Las propiedades a estudiar en esta ocasión serán la capacidad térmica y la entalpía de evaporación, pero más específicamente las del agua, ya que es una de las sustancias más importantes para muchísimos procesos termodinámicos.

Las sustancias absorben energía en formas distintas. Una parte de la energía hace aumentar la rapidez de traslación de las moléculas. Este tipo de movimiento es responsable del aumento de la temperatura. Otra fracción de la energía absorbida puede acelerar la rotación de las moléculas o sus vibraciones internas. Otra parte puede estirar los lazos intermoleculares y almacenarse en forma de energía potencial.

Distintas sustancias tienen diferentes capacidades para almacenar energía interna. La capacidad térmica específica de una sustancia se define como la cantidad de calor necesaria para elevar 1 grado la temperatura de una masa unitaria de dicha sustancia. Como esta propiedad está definida para una masa fija de sustancia, quiere decir que es una propiedad intensiva.

El agua tiene una capacidad para almacenar energía mucho mayor que casi todos los materiales comunes. Una cantidad de agua relativamente pequeña absorbe una gran cantidad de calor que produce un aumento de temperatura de poca magnitud.

Es por esto que es una sustancia de gran trascendencia pues, por ejemplo, es un gran agente refrigerante, que es ampliamente usada en sistemas de enfriamiento de maquinaria de diversa índole.

En cuanto a la entalpia, esta se define como la cantidad de energía que un sistema puede intercambiar con su entorno.

El tipo de entalpía que nos concierne, es el de cambio de fase líquida a fase gaseosa, del agua.

Se le llama entalpia de vaporización, y es la cantidad de energía necesaria para que una cantidad determinada de líquido pase a vapor.

Los conceptos mencionados anteriormente son indispensables para el desarrollo del experimento.

Objetivos

Determinar el valor de la capacidad térmica específica promedio del agua en el intervalo de temperaturas Tmedio = 80°C.

Obtener el valor del cambio de entalpia durante la evaporación a presión constante del agua.

Entender el funcionamiento de una resistencia de inmersión.

Comprender la forma de trabajo de un vaso dewar.

Establecer un modelo matemático para hallar el trabajo en base al número de vueltas de un medidor.

Crear un sistema capaz de otorgar indirectamente la capacidad térmica específica del agua.

Material

Cantidad

1 Termo de plástico con tapa

1 Resistencia de inmersión

1 Balanza granataria de triple brazo

1 Termómetro de bulbo (mercurio)

1 Watthorímetro

Hipótesis

Si se tiene un sistema con una relación clara entre el trabajo y la energía en forma de calor, entonces es factible determinar la capacidad térmica de una sustancia en particular apoyándose de dicho sistema.

Si se cuenta con un sistema con una relación clara entre el trabajo y la energía en forma de calor, entonces es posible determinar la entalpia de evaporización de una sustancia.

Desarrollo

Experimento 1

Se tomo el termo de plástico con tapa y lo llenamos de agua asegurándonos de que cubriera la resistencia de inmersión todo esto sin estar conectado:

Luego colocamos un termómetro de bulbo para medir la temperatura inicial del agua.

Después conectamos la resistencia de inmersión al watthorímetro dejando adentro del termo el termómetro y lo encendimos después contando las vueltas que daba hasta que llego a 80°C y repetimos el experimento

Experimento 2

Tomamos el termo con el agua del experimento anterior que teníamos hirviendo y lo pusimos en la balanza para calcular su masa.

Luego le restamos 10 gramos en la balanza quedando el brazo de la balanza apuntando hacia arriba.

Posteriormente conectamos otra vez el watthorímetro y el termo, empezamos a contar cuantas vueltas daba hasta que la balanza otra vez quedara nivelada porque había perdido ya 10 gramos en forma de vapor.

Resultados

Para el primer experimento contamos un total de 31.5 vueltas del disco del watthorímetro antes de que el agua alcanzara los 80 °C.

Para el segundo experimento, se registraron los siguientes datos:

Evento Número de vueltas

1 9.5

2 8

3 8.5

4 9

5 8.2

Análisis de resultados

Primer experimento:

Para determinar la capacidad térmica específica del agua se utilizó la siguiente fórmula:

c_(H_2

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