Elaboración de calorímetro adiabático

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Universidad Autónoma de México

Facultad de estudios Superiores Zaragoza

Química Farmacéutico Biológica

Laboratorio de Ciencia Básica II

Elaboración de calorímetro adiabático

Integrantes:

Castro Tajonar Iliana

Hernández Lobato Yuritzi

Ruíz Cantú Alejandra

Profesora:

Carrizosa Espinosa Leticia

Grupo:

1254

Construcción de un calorímetro adiabático con materiales caseros

Introducción

Uno de los equipos que suele ser ocupado con regularidad en el estudio de la termodinámica, es el calorímetro, aquel capaz de medir el calor recibido o cedido. Sin embargo, existen diferentes tipos pero el que concierne para medir la capacidad calorífica de un sistema, es el adiabático. La capacidad calorífica es la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de un material pero al tratarse de un proceso adiabático, no debe de haber ninguna transferencia de calor, ya sea por radiación, conducción o convección.

En relación con lo anteriormente dicho, antes de medir dicha capacidad necesitamos el equipo que permite conocer el valor de ésta, para ello el calorímetro es esencial. No obstante, sólo hay dos formas de lograrlo, adquiriendo uno o construyéndolo. Para su construcción deberá tomarse en cuenta las partes que lo componen y también la función de cada una; con ello, se propondrá un modelo experimental. Esto último, es lo que en el presente trabajo, se propone, la construcción de un calorímetro adiabático.

Marco teórico

El calor se define como la transferencia de energía térmica de un cuerpo a otro mediante tres maneras: la convección, la radiación y la conducción. Sin embargo, existe un proceso en el que estas formas de propagación se pueden minimizar, nombrado proceso adiabático. En este tipo de recorrido, de un punto de equilibrio inicial a uno final (proceso), se caracteriza por no haber transferencia del calor entre un sistema y lo que le rodea. Este es el principio de construcción de un calorímetro adiabático y para comprender qué es y cuál es su función, se debe de introducir al estudio de la calorimetría.

Calorimetría

Medir el flujo de calor recibe el nombre de calorimetría, esta se basa principalmente en la observación del cambio de temperatura cuando un sistema absorbe o libera energía en forma de calor (1).

Las técnicas y equipos empleados en la misma dependen de la naturaleza del proceso que se estudia. En el caso de muchas reacciones, es fácil controlar la presión para poder medir ΔH directamente.

En una reacción exotérmica, la reacción “pierde” calor y la disolución “gana” calor, así que la temperatura de la disolución aumenta. En una reacción endotérmica sucede lo contrario. Por lo que, el calor ganado por la disolución, qsoln, tiene la misma magnitud que qr pero signo opuesto: qsoln = -qr. El valor de qsoln se calcula fácilmente a partir de la masa de la disolución, su calor específico y el cambio de temperatura:

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La ecuación anterior permite calcular qr a partir de un cambio de temperatura de la disolución en la que se efectúa la reacción. Un aumento de temperatura (ΔT > 0), implica que la reacción es exotérmica (qr < 0).

La combustión es uno de los tipos de reacciones más importantes que se estudian empleando calorimetría. Cuando se efectúa una combustión, se libera calor. Este calor es absorbido por el contenido del calorímetro, lo que hace que aumente la temperatura del agua. Esta temperatura se mide cuidadosamente antes y después de la reacción. El calor desprendido en la combustión de la muestra es absorbido por su entorno (1).

Para calcular el calor de combustión, se necesita conocer la capacidad calorífica del calorímetro, Ccal, cuando ya se conoce esta se pueden medir los cambios de la temperatura producidas por otras reacciones, con esto podemos calcular el calor, qr desprendido de la reacción:

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Capacidad calorífica

La capacidad calorífica se refiere al calor específico de una cantidad determinada de una sustancia, (volumen determinado); es decir, se refiere a un cuerpo determinado. Por ejemplo, la capacidad calorífica de un litro de agua es menor que la capacidad calorífica del agua de una alberca. No es lo mismo elevar la temperatura de un litro de agua al de una alberca. Entre mayor sea el volumen de agua se necesitará mayor calor para elevar su temperatura, en consecuencia, para enfriar un litro de agua a un grado de temperatura, ésta debe liberar cierta cantidad de calor, que es mucho menor a la que tiene que liberar el agua de una alberca. Este proceso es un proceso dinámico, consistente en la absorción y liberación de calor pasando por su almacenamiento en la sustancia en cuestión.(2)

Calorímetro

El calorímetro es un equipo que sirve para medir las cantidades de calor suministradas o recibidas por los cuerpos (3).

El primer calorímetro para medir el calor, fue desarrollado en 1783 por Lavoisier y Laplace, donde midieron el cambio en el calor de un cuerpo caliente, para fundir una cantidad de hielo; se esperó hasta que el cuerpo caliente estuviera a la temperatura del hielo, y después se determinaba la masa del hielo derretido.  

La construcción de calorímetros ayuda a entender la ciencia de la energía y sus transformaciones. Los calorímetros se diseñan para determinar propiedades termodinámicas específicas; por ejemplo, existen calorímetros de flujo, isoperbólico, adiabático y algunos indirectos como el método láser flash o el calorímetro fotoacústico (4).

Partes de un calorímetro

Las principales partes que conforman un calorímetro son:    

1. Un recipiente (celda), la cual está integrada en un sistema de aislamiento mediante el cual se trata de evitar las pérdidas de calor.
2. Un termómetro para medir los cambios de temperatura.
3. Un calefactor (resistencia eléctrica conectada a una fuente controlable de tensión eléctrica).
4. Escudos, son los que permitirán operar el calorímetro en condiciones adiabáticas.
5. Pantalla, para reducir las fugas de calor por radiación.

Planteamiento del problema

¿El calorímetro construido con materiales caseros será capaz de impedir la transferencia de calor?

Delimitación del problema

¿Es posible construir un calorímetro con materiales caseros minimizando las formas de propagación de calor: convección, radiación y conducción?

Hipótesis

Si se logra la realización de un calorímetro adiabático utilizando materiales caseros, con el fin de evitar la propagación de calor por radiación y conducción entonces se podrá medir la cantidad de calor suministrada o recibida de un cuerpo.

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