Practica De Fisica

CALOR LATENTE DE VAPORIZACIÓN DEL AGUA

OBJETIVOS:

La práctica intentará encontrar experimentalmente la calor específica del agua, la necesaria para que 1 kg de sustancia cambie 1 ºC o K su temperatura, y la calor latente de vaporización de esta, la necesaria para que un la misma cantidad se evapore a temperatura de ebullición.

Estableceremos pues unas variables dependientes e independientes. La variable independiente será el tiempo, y la dependiente la temperatura, que dependerá (irá aumentando) con el paso del tiempo a causa de la calor constante que le aplicamos desde un calentador.

MATERIAL:

Para poder llevar a cabo la práctica, necesitaremos el material siguiente:

Calentador de 300 W de potencia

Vaso de precipitados de 1 litro

Termómetro conectable al ordenador

Probeta graduada

Material aislante (styrofoam)

Sierra

Ordenador con el programa Multilab

Soporte y pinzas

Agua

PROCEDIMIENTO:

En primer lugar, construimos un montaje con el vaso de precipitados, el material aislante, el termómetro, el calentador y las pinzas y el soporte: con el styrofoam recubriremos el vaso de precipitados y haremos un a tapa redonda para que no haya pérdidas de calor durante la práctica, y lo haremos dando forma con la sierra a este material para que se adapte perfectamente al recipiente; a través de la cubierta superior, introduciremos el termómetro y el calentador que estaran sujetos a las pinzas, y estas sujetas al soporte; y finalmente abocaremos 800 mL de agua al recipiente.

Conectamos el termómetro al ordenador y ejecutamos el programa Multilab. Comprovamos que todo está en orden, observando que la temperatura del agua es igual a la temperatura ambiente: unos 23 ºC. Seguidamente conectamos el calentador a la corriente y vemos que empieza a augmentar la temperatura del agua a cada minuto en el gráfico de la pantalla (que es el espacio de tiempo que hemos fijado anteriormente).

Al llegar a la temperatura de ebullición, esperamos unos 10 minutos, y vemos que el gráfico de la temperatura-tiempo mantiene una temperatura constante.

Al terminar este período de tiempo, medimos rápidamente el volumen de agua restante con cuidado, y gracias a eso tendremos su masa.

A partir de los datos obtenidos, encontraremos la calor específica y latente de vaporización del agua.

OBTENCIÓN Y PROCESAMIENTO DE DATOS:

El gráfico obtenido ha sido el siguiente

Observamos que el aumento de temperatura del agua ha sido un proceso más o menos constante, y ha ido desde los 23 ºC hasta los casi 100 ºC en unos 20 minutos. Así pues, debe haber una constante de proporcionalidad entre el tiempo y la temperatura. Esta constante la encontraremos sabiendo la tangente entre dos puntos de esta recta, y sabiendo esto hallaremos la “C” o calor específica del agua en la fórmula

Q = m * C * ΔT

donde “Q” es la calor, “m” la masa y “T” la temperatura.

Además, a partir de 32 minutos y 51 segundos, vemos que la temperatura de mantiene constante a 99'923 ºC durante 5 minutos y después baja menos de una décima de grado y durante 5 minutos más se mantiene constante a 99'857 ºC. Esto nos indica que la calor que aplicamos al agua mediante el calentador no se utiliza para aumentar su temperatura, y sabemos que se utiliza para romper enlaces entre las moléculas y así poder evaporarse. Así pues, podremos hallar la “L” o calor latente de vaporización del agua en la fórmula siguiente:

Q = L * Δm

CALOR ESPECÍFICO DEL AGUA

Para empezar, en la primera fórmula, “Q” es la calor subministrada al recipiente y su contenido por parte del calentador, pero no sabemos este valor. Así pues, sustiruiremos “Q” por “P * Δt” (ya que P = Q / Δt), donde “P” es la potencia del calentador (300 W) y “t” el tiempo:

P * Δt = m * C * ΔT

ΔT = P /(m * C) * Δt

Esta es la ecuación de la recta del gráfico que va aumentando con el paso del tiempo. Tenemos “x”, que sería “Δt”; f(x), que sería ΔT; y una constante P /(m * C), que sería el valor de la pendiente de esta recta.

Para hallar el valor de esta constante:

ΔT/ Δt = P /(m * C)

Y de esta manera, sabiendo la variación de temperatura y de tiempo, la potencia del calentador y la masa del agua, podremos despejar “C” y encontrar su valor:

C = (P * Δt) / (ΔT * m)

Cogeremos los valores del tiempo y temperatura señalados con unas flechas de color azul en el gráfico. El primer punto sería aproximadamente (15:22 , 36'250), y el segundo (24:36, 77'500). Pero el tiempo, que está en forma de minutos:segundos, tiene que estar solamente en segundos. Por lo tanto, los nuevos puntos con forma (segundos, grados centígrados) serían los siguientes: el primero (922 , 36'250) y el segundo (1476, 77'500). Por lo que hace a sus incertidumbres, las de los tiempos tendría error del propio ordenador y humano al fijar aproximadamente el valor de este en cada punto de la gráfica, y sería en total, para no quedarnos cortos, ± 40 s. Y las incertidumbres de las temperaturas serían también del propio termómetro y del ojo humano al leer los valores de esta magnitud en el gráfico aproximadamente; en total de ± 2'500 ºC.

La potencia del calentador es de 300 W, y consideraremos que

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