Determinacion del calor especifico de un material Termodinámica Aplicada

Índice

Introducción        2

Objetivos        2

Marco Teórico        3

Descripción del experimento        5

Recolección de datos        6

Datos Obtenidos        7

Conclusión        8

Bibliografía        9

Introducción

Dentro del diario vivir de los ingenieros es necesario llevar a cabo ciertas tareas de trabajo las cuales pueden ser desde las más básicas a las más complejas. Una de estas es el diseño de sistemas de calentamiento (aire acondicionado, calderas, hornos por ejemplo), siendo el principio base el conocimiento termodinámico de la definición de calor, potencia y las correspondientes eficiencias. Para optimizar las producciones y reducir costos corrientemente se realizan cálculos relacionados a cuánto cuesta calentar cierta cantidad de producto o sustancia; considerando que no siempre se tiene a un químico especialista que otorgue todos los detalles del producto, el ingeniero debe pensar en cómo llevar a cabo la labor de calentamiento teniendo solo algunas herramientas. En el presente informe se presentan ciertos conceptos relacionados a la termodinámica aplicados a experimentos de calentamiento con mezclas de soluciones para obtener propiedades de instrumento y material.

Objetivos

Objetivos Generales

• Presentar al lector una pequeña parte teórica relacionada a calor con sus respectivos términos y subconjuntos para así poder aplicar los métodos en el laboratorio.
• Desarrollar la habilidad de manejo de conceptos y utilización de instrumentos para aplicar la teoría con el fin de encontrar soluciones a problemas en el ámbito laboral.

Objetivos Específicos

• Determinar la eficiencia de un hervidor eléctrico por medio de mediciones de temperatura, tiempo y masas.
• Obtener la constante K de capacidad calorífica de un calorímetro.
• Encontrar el calor específico de un material tras cambiar su temperatura e introducirlo en una mezcla.

Marco Teórico

En la termodinámica, el calor se define como la transferencia de energía a través de la frontera de un sistema debida a una diferencia de temperaturas. Debido a la interacción del sistema con su entorno el calor puede producir diferentes efectos como:

• El cambio de temperatura del sistema.
• Cambio de fase del sistema.
• Realización de trabajo.

El calor (Q) se define por la expresión:

[pic 3]

Donde Q es el calor, C es la capacidad calorífica y T la temperatura. Para un aumento finito.

Como suele ocurrir, la capacidad calorífica es aproximadamente constante en un rango de temperaturas, por lo tanto se puede simplificar en la siguiente expresión:

[pic 4]

La capacidad calorífica (C) se defina como la cantidad de energía requerida para elevar un grado de temperatura de una sustancia. A partir de esta se define una propiedad específica: capacidad calorífica por unidad de masa o comúnmente llamada calor específico, la cual se expresa por:

[pic 5]

Para un aumento finito se puede aproximar la expresión:

[pic 6]

[pic 7]

En termodinámica, la potencia se define como cantidad de energía por unidad de tiempo:

[pic 8]

Adecuado a las necesidades para la primera experiencia, el término toma la expresión de:

[pic 9]

Donde q es la potencia en watts, m la masa de agua en gramos, c el calor especifico del agua en J/°C Kg, T1 y T2 las temperaturas en °C entre un rango de tiempo y t el tiempo en segundos del rango de medición.

Acorde a las leyes de la termodinámica se sabe que el calor cedido equivale al calor absorbido. Para la segunda experiencia se toma el concepto anterior y se aplica a la calibración de un calorímetro de mezclas para obtener su capacidad calórica.

[pic 10]

[pic 11]

[pic 12]

Donde K correspondería a la capacidad calórica en cal/°C, m es masa en gramos, y T es temperatura en °C.

Para la tercera experiencia se utilizan los conceptos previos con el fin de obtener el calor específico de un metal sumergido en agua contenida en un recipiente adiabático, donde se trabaja con la siguiente expresión:

[pic 13]

[pic 14]

[pic 15]

[pic 16]

Descripción del experimento

En la primera experiencia se procede a llenar con una cierta cantidad de agua un hervidor para así medir la temperatura inicial del agua, la masa del hervidor y la masa del conjunto hervidor más agua. Realizado lo anterior, se procede a encender el hervidor para así medir cada cierto periodo el tiempo y la temperatura, cuatro veces.

Durante la segunda experiencia se realiza la medición de la temperatura inicial del calorímetro vertiéndole una pequeña cantidad de agua. Finalizado lo anterior, se prosigue con el agua hervida en la experiencia anterior, midiéndole su temperatura y vaciándola en el calorímetro para luego cerrarlo y esperar por unos minutos hasta lograr el equilibrio. Hecho lo expresado, se procede a abrir el calorímetro y tomar la temperatura final de la mezcla.

Para la tercera experiencia, se vacía el agua del calorímetro para asi verterle otra cantidad con diferente volumen. Se procede a obtener la temperatura inicial y la masa del conjunto de agua más calorímetro. Dado lo anterior se obtiene la masa de un trozo de metal para luego calentarle con un soplete hasta obtener cierta temperatura. Finalizado esto, se introduce el trozo de metal en el calorímetro, se cierra y se espera por unos minutos para poder destaparle y calcular la temperatura de equilibrio. Vaciada ya el agua, se procede a calcular la masa del recipiente del calorímetro.

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