Calor Absorbido Y Disipado

CALOR ABSORBIDO / DISIPADO

I. OBJETIVO.

• Investigar el comportamiento de la energía térmica absorbida / disipada por una sustancia liquida.

• Hacer un estudio comparativo de la cantidad de calor absorbido / disipado para diferentes cantidades de liquido.

II. EQUIPOS / MATERIALES.

1 Equipo de calentamiento (mechero Bunsen).

1 Agitador.

1 Soporte universal.

1 Clamp.

1 Vaso de precipitado.

1 Termómetro.

Agua.

Papel milimetrado.

III. INTRODUCCIÓN.

Calor, en física, transferencia de energía de una parte a otra de un cuerpo, o entre diferentes cuerpos, en virtud de una diferencia de temperatura. El calor es energía en tránsito; siempre fluye de una zona de mayor temperatura a una zona de menor temperatura, con lo que eleva la temperatura de la segunda y reduce la de la primera, siempre que el volumen de los cuerpos se mantenga constante. La energía no fluye desde un objeto de temperatura baja a un objeto de temperatura alta si no se realiza trabajo.

Hasta principios del siglo XIX, el efecto del calor sobre la temperatura de un cuerpo se explicaba postulando la existencia de una sustancia o forma de materia invisible, denominada calórico. Según la teoría del calórico, un cuerpo de temperatura alta contiene más calórico que otro de temperatura baja; el primero cede parte del calórico al segundo al ponerse en contacto ambos cuerpos, con lo que aumenta la temperatura de dicho cuerpo y disminuye la suya propia. Aunque la teoría del calórico explicaba algunos fenómenos de la transferencia de calor, las pruebas experimentales presentadas por el físico británico Benjamin Thompson en 1798 y por el químico británico Humphry Davy en 1799 sugerían que el calor, igual que el trabajo, corresponde a energía en tránsito (proceso de intercambio de energía). Entre 1840 y 1849, el físico británico James Prescott Joule, en una serie de experimentos muy precisos, demostró de forma concluyente que el calor es una transferencia de energía y que puede causar los mismos cambios en un cuerpo que el trabajo.

IV. FUNDAMENTO TEORICO.

La energía térmica que gana o pierde un cuerpo de masa m es directamente proporcional a su variación de temperatura.

Esto es: Q α m (T – T0)

Q = m c (T – T0) (1)

Siendo: c = calor especifico

T0 = temperatura de referencia

T = Temperatura final.

El suministro de energía térmica por unidad de tiempo a un cuerpo, corresponde a que este recibe un flujo calorífico H. Si el flujo es constante,

(2)

De (1) y (2) se tiene:

, luego

Integrando e iterando se tiene:

(3)

La ecuación (3) relaciona la temperatura con el tiempo. Es una función lineal, donde H/mc representa la pendiente y T0 la temperatura inicial.

Si el cuerpo se encuentra en un sistema adiabático, el trabajo de dilatación se realiza a expensas de la energía interna.

• Sin embargo, la variación de la energía en el interior del cuerpo en un proceso no coincide con el trabajo realizado; le energía adquirida de esta manera se denomina cantidad de calor, es positivo cuando absorbe calor y negativo cuando disipa calor.

• La energía interna del cuerpo aumenta a costa de la cantidad de calor adquirida dq, y disminuye a costa del trabajo realizado por el cuerpo dw (principio de conservación de la energía en los procesos térmicos). Se le conoce como la primera ley de la termodinámica y se expresa como:

dU = dQ – PdV (4)

V. PROCEDIMIENTO

1. Monte el equipo como se muestra en la guía.

2. Coloque en el vaso pirex agua a temperatura del ambiente, casi hasta la parte superior.

3. Anote el valor de la temperatura y el volumen del agua.

T = 21 ºC

V = 400 ml

4. Encienda el mechero. Busque un flujo aproximadamente constante. La llama no debe ser muy fuerte ni estar muy cerca al vaso.

5. Mida la distancia entre la llama y el vaso. Mantenga fija esta distancia durante toda la práctica a fin de que no cambien las condiciones de experimentación.

Distancia = 0.5 cm

6. Agite el agua previamente y lea la temperatura cada minuto hasta llegar al punto de ebullición. Anote los datos en la Tabla Nº 1.

7. Repita los pasos (1) al (5) bajo las mismas condiciones anteriores; Ahora use la mitad de la cantidad de agua anterior. Anote los datasen la Tabla Nº 2.

TABLA 1 ( m = 400g )

t(s) T(ºC)

0 21

180 29.3

332 40

482 50

640 60

831 70

927 75

1014 80

1341 90

1382 91

1422 92

1476 93

1529 94

1576 95

1660 96

1785 97

1922 98

TABLA 2 ( m = 200g )

t(s) T(ºC)

0 21

155 35

276 45

393 55

509 65

658 75

849 85

1030 90

1097 91

1144 92

1226 93

1320 94

1583 95

1699 96

8. Haga una grafica de la temperatura versus el tiempo, para los dos casos anteriores.

Ver los papeles milimetrados.

9. Determine la ecuación de la grafica por el método de mínimos cuadrados, considerando la temperatura hasta 75ºC.

 Para la masa de m = 400g.

ti Ti ti2 ti Ti

180 29.3 32400 5274

332 40 110224 13280

482 50 232324 24100

640 60 409600 38400

831 70 690561 58170

927 75 859329 69525

Σti = 3392 ΣTi = 324.3 Σti2 = 2334438 Σti Ti = 208749

Donde la ecuación de la grafica es:

Entonces para nuestro caso:

Por lo tanto la ecuación de la grafica es:

 Para la masa de m/2 = 200g.

ti Ti ti2 ti Ti

155 35 24025 5425

276 45 76176 12420

393 55 154449 21615

509 65 259081 33085

658 75 432964 49350

Σti = 1991 ΣTi = 275 Σti2 = 946695 Σti

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