OBJETIVOS
OBJETIVO
GENERAL
·
Determinar la capacidad
calorífica mediante un calorímetro sencillo
OBJETIVOS
PARTICULARES
·
Usar el principio de la
conservación de la energía para calibrar un calorímetro.
·
Determinar la capacidad
calorífica del agua y de la leche.
INTRODUCCIÓN
Se
designa con el nombre de calor (Q) a la energía en tránsito que fluye desde una
parte de un sistema a otra o de un sistema a otro, en virtud únicamente de una
diferencia de temperatura. Por convención se considera que Q es positivo cuando
es absorbido por el sistema y negativo en caso contrario.
Se
denomina capacidad calorífica específica o calor específico de un sistema a su
capacidad calorífica por unidad de masa o mol.
La capacidad calorífica en un proceso durante el cual el sistema se
somete a una presión hidrostática externa constante, se denomina capacidad
calorífica a presión constante y se representa por Cp. El valor de Cp para un
sistema determinado depende de la presión y de la temperatura. Si el sistema se
mantiene a volumen constante mientras se le suministra calor, la capacidad
calorífica correspondiente se denomina capacidad calorífica a volumen constante
y se representa por Cv.
Cuando
se calienta un material, este experimenta un cambio de temperatura, indicando
con ello un que absorbe energía. La capacidad calorífica es una propiedad que
indica la capacidad de un material de absorber calor de su entorno. En términos
matemáticos, la capacidad calorífica C puede expresarse como:
Donde dQ es la energía necesaria para producir un
cambio dT en la temperatura. Normalmente la capacidad
calorífica se expresa por mol de
material (por ejemplo, J/mol-K; cal/mol-K). A veces se utiliza el calor
específico (C) (J/Kg-K; cal/g-K).
Dentro de un intervalo de temperaturas en el
cual C puede considerarse constante:
Existen
dos métodos para medir esta propiedad, según las cuales sean las condiciones
del medio en que se realiza la transferencia de calor. Uno es medir la
capacidad calorífica mientras se mantiene la muestra a volumen constante, en este caso se representa CV; el otro método es bajo
presión constante y se representa por CP . La magnitud de CP es siempre mayor que CV .
DESARROLLO EXPERIMENTAL
Experimento 1.Determinación de la capacidad
calorífica del calorímetro.
Figura
1. Arreglo experimental de la determinación de capacidad calorífica
Experimento 2.Determinación de
la capacidad calorífica del líquido problema.
Experimento
3. Determinación de la densidad del líquido problema.
RESULTADOS
Tabla 1. Datos obtenidos en la determinación de la
capacidad calorífica del calorímetro.
Experimento
|
M1 (g)
|
m2 (g)
|
T1 (°C)
|
T2 (°C)
|
T3 (°C)
|
1a
|
50
|
50
|
22
|
40
|
25
|
1b
|
50
|
50
|
23
|
40
|
26
|
1c
|
50
|
50
|
23
|
40
|
25.5
|
Promedio
|
50
|
50
|
22.66
|
40
|
25.5
|
Tabla 2. Datos obtenidos en la determinación de la
capacidad calorífica del líquido problema (leche).
Experimento
|
m1 (g)
|
m3 (g)
|
T1 (°C)
|
T4 (°C)
|
T5 (°C)
|
2ª
|
50
|
50.2123
|
23
|
40
|
26
|
2b
|
50
|
50.2123
|
21.5
|
40
|
25
|
2c
|
50
|
50.2123
|
21
|
40
|
25
|
Promedio
|
50
|
50.2123
|
21.83
|
40
|
25.33
|
Tabla 3. Resultados obtenidos
Capacidad calorífica
del líquido problema
|
Cp= 2.1614 J/ g K
|
Capacidad calorífica
del producto biológico (investigado)
|
Cp teórico= 3.8928 J/
g K
|
Error
|
44.47%
|
MEMORIA
DE CÁLCULO
Tabla 4. Datos obtenidos en la determinación de la densidad
del líquido problema (leche)
Peso de leche
|
|
3ª
|
10.0813 g
|
3b
|
10.1067 g
|
3c
|
9.9394 g
|
Promedio
|
10.042 g
|
Calor cedido por el agua
adicionada = calor ganado por el calorímetro y el agua contenida en él.
Calor cedido por el
líquido problema = calor ganado por el calorímetro y el agua contenida en él
Despejando Cp del líquido
problema
NOMENCLATURA
T1 = temperatura del agua fría, ºC
T2 = temperatura del agua caliente, ºC
T3 = temperatura más alta de la mezcla de agua
fría y caliente, ºC
T4 = temperatura del líquido problema caliente,
ºC
T5 = temperatura más alta de la mezcla de agua
fría y líquido problema caliente, ºC
m1 = masa del agua fría, g
m2 = masa del agua caliente, g
m3 = masa del líquido problema caliente, g
C = calor específico del calorímetro J/g K
CpH2O = capacidad calorífica del agua, J/ g °C
Cp = capacidad
calorífica del líquido problema, J/g °C
ANÁLISIS
DE RESULTADOS
Las
capacidades caloríficas del líquido teórico de 3.8928 J/ g K y práctico de
2.1614 J/ g K varían; esto se debe a que no se manejaron ni se controlaron las
mismas condiciones para la determinación de la capacidad calorífica en este
caso el de la leche. Se debe tomar en
cuenta que la naturaleza del producto también influye en los cálculos
obtenidos; otro factor importante es el calorímetro donde también afecta en la
transferencia de calor hacia el liquido problema; ya que este tiene como
fundamento no alterar las condiciones para la realización del análisis; sin
embargo nuestro calorímetro era un termo y este no pertenece a un sistema
adiabático, el cual incluye agitadores
para asegurar temperatura constante en todo el sistema, termómetros de alta
precisión (0.1°), material aislante térmico altamente efectivo y un contenedor.
La
temperatura es un factor importante debido a que de esta medida depende el
análisis, para su medida depende de la persona que lo esté midiendo ya que cada
quien tiene una percepción diferente al observar.
La
capacidad calorífica del agua que usamos para hacer nuestros cálculos está es
tomada a temperatura y a una presión de 1 atm, así que esto afecta nuestros
resultados ya que no se realizaron a las mismas condiciones, como para haber
implementado ese parámetro lo ideal hubiese sido que determináramos nuestra
propia capacidad calorífica de agua para que el error disminuyera.
Las
ecuaciones utilizadas en la práctica nos permitieron calcular tanto la
constante del calorímetro como la capacidad calorífica de la leche utilizando
como fundamento que el calor cedido era igual al calor ganado.
La
determinación del porcentaje de error
nos permite conocer que tan lejanos estamos de un valor estándar que se ha
determinado en óptimas condiciones y es de referencia. El valor obtenido del
porciento de error es de 44.47% y nos indica que estamos muy alejados al valor
estándar; esto se debe a que las condiciones y la instrumentación que no se controlaron
de manera adecuada y las cuales fueron mencionadas anteriormente.
En el
caso de que quisiéramos determinar la capacidad calorífica de sólidos se haría
lo siguiente: Se mide la temperatura y masa del sólido, posteriormente se
sumerge en un volumen y temperatura conocidos de agua y se determina el cambio
de temperatura del sistema y de la misma manera aplicaríamos las ecuaciones
utilizadas en los experimentos anteriores solo que de adecuándola a el nuevo
sistema.
CONCLUSIÓN
Ò Al
añadir energía calorífica a una sustancia la temperatura suele aumentar hasta
llegar a un equilibrio como en el caso de la leche.
Ò La
capacidad calorífica de la leche obtenida experimentalmente es de 2.1614 J/ g K
lo que indica que comparada con el agua esta necesita más calor para que exista
un cambio de temperatura.
BIBLIOGRAFÍA
Callister,
William. 1996. Introducción a la ciencia e ingeniería de los materiales, vol.2.
Editorial Reverte, Barcelona España. pp. 668
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