Capacidad Calorífica y Calor Específico Identificado a través de un Calorímetro

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Instituto Politécnico Nacional

Unidad Profesional Interdisciplinaria de Ingeniería Campus Palenque

Laboratorio de Bioingeniería

Mtra. Astrid del C. Barrera Interián

Método para Medir la Capacidad Calorífica “Calorímetro”

3BV01

Ingeniería Biotecnológica

Adolfo López Hernández

Maximiliano Romero Vázquez

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Introducción

En el universo conocido la forma que interaccionan las sustancias para formar nuevos compuestos y por ende nuevos sistemas esta regido por los principios termodinámicos que hacen alusión a la forma en que la energía interacciona entre cualquier clase de objeto, ya que no puedo existir una reacción química o física sin que haya una energía de por medio para poder realizar el trabajo necesario para poder llevar acabo dicho reacción, por lo que conceptos como los de calor específico y capacidad calorífica se vuelven de vital importancia para el entendimiento de como es el proceso que ocurre no solo a nivel molecular si no también atómico para que los diferentes procesos ya sean biológicos o químicos se lleven a cabo.

Lamentable o afortunadamente, dependiendo como se le vea, todos estos procesos no son tan notorios a simple vista por lo que la determinación de ciertos valores deberá de ir acompañado de fórmulas y equipos que permitan una lectura precisa y exacta de la información requerida para que se lleve a cabo la reacción y aquí es donde entra el ingenio del ser humano, la necesidad que surge a partir de querer satisfacer otra necesidad ya sea para la industria o por simple amor a la ciencia y el progreso de los seres humanos. Por ejemplo, los primeros calorímetros de hielo se construyeron sobre la base del concepto de calor latente de Joseph Black, introducido en 1761. Antoine Lavoisier acuñó el término calorímetro en 1780 para describir el aparato que usaba para medir el calor de la respiración de un conejillo de Indias para derretir la nieve. En 1782, Lavoisier y Pierre-Simon Laplace experimentaron con calorímetros de hielo, en los que el calor necesario para derretir el hielo podía usarse para medir el calor de las reacciones químicas, esto representaría un gran avance en el entendimiento de cómo es que se comportan e interaccionan los sistemas, además que nos permitió elaborar modelados matemáticos que nos permitieran entender mejor el trabajo necesario para poder realizar ciertas reacciones y así poder mejor la forma en que se produce en la industria, ya que el saber cuanto trabajo necesito para poder llevar a cabo un proceso en específico, se traducen en una optimización del proceso para una reducción de costos, y por ende, una mayor rentabilidad del negocio.

Por estas razones hemos decido explicar el funcionamiento de un calorímetro ya que al saberlo podremos entender de mejor manera que es lo que necesito para poder llevar a cabo un proceso reduciendo lo menor posible la pérdida de materia y la pérdida de energía.

Para entrar un poco en contexto debemos saber que existen diferente tipo de calorímetros, por ejemplo:

• Calorímetro de vaso de café[pic 5]

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• El calorímetro adiabático

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Como podemos observar, cada calorímetro puede tener sus adaptaciones y equipos extras que le permitan al observador estudiar diferentes propiedades además del calor específico o la capacidad calorífica, como la entropía, el calor de combustión, la densidad electrónica de estado, etc. Pero todos funcionan bajo un mismo propósito que el estudio del calor y el trabajo que se necesita para producir la reacción y las propiedades que se puede modificar gracias a eso, además todos son sistemas aislados que dependiendo del material que se use para el enchaquetado será la forma en que este interactúe o no con el medio, por lo que será importante saber el tipo de material que nuestro calorímetro tiene ya que variables como la capacidad calorífica dependerán en gran medida del recipiente o sistema donde se este llevando acabo la reacción ya que la capacidad calorífica no es un propiedad intensiva de la sustancia si no una extensiva que la adquiere dependiendo del entorno con el que interactúe, a diferencia de el calor específico que si es una propiedad intensiva ya está en relación con la masa y las propiedades de la sustancia.

A continuación, analizaremos un experimento con un calorímetro de tipo vaso de café para identificar de mejor manera de lo que estamos hablando, además de describir un poco mejor el funcionamiento y los componentes de este.

Materiales[pic 11][pic 12]

• Recipiente Sellado

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• Mechero

Experimentación

Lo que tratamos de hacer con esta experimentación es calcular el calor específico de un objeto, pero ¿Cómo lo haremos?:

- Primero que nada, es importante calibrar nuestro calorímetro, recordemos que el calorímetro es un sistema aislado, equipado con un termómetro y aun agitador donde deberá haber agua temperatura ambiente, por lo que habremos de cerciorarnos de que el calorímetro se encuentre completamente sellado, que el agitador funcione correctamente y verificar la temperatura del agua, para este experimento definiremos la temperatura del agua en 20 °C (ya que suele ser la temperatura ambiente) y que tenemos 250 gramos de agua dentro del calorímetro, además que será nuestra masa 1.[pic 15][pic 16]

- Una vez que hemos corroborado el correcto funcionamiento del calorímetro debemos introducir agua aparte de la que ya tiene, pero a una mayor temperatura, a esta agua la definiremos como masa 2 y tendrá 80 °C de temperatura y 240 gr de masa.

- Ya que se encuentre dentro del sistema la masa 1 y la masa 2, haremos funcionar el agitador para que la temperatura de ambas masas encuentre el equilibrio térmico, esto se deberá dejar la mayor cantidad de minutos hasta que veamos que la temperatura ya no sube más, lo cuál nos dará cierta temperatura que sería la temperatura del conjunto y a partir de eso podremos determinar el calor especifico de un objeto, esta temperatura según el simulador y con base en las temperaturas ya especificadas quedó en 48 °C.

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