INFORME DE LABORATORIO NRO 04:CALOR LATENTE DE FUSIN:

1. INTRODUCCIN:

En este laboratorio encontraremos el calor latente de fusin del hielo. Cuando una sustancia cambia su temperatura ocurre uncambiodeestadoo de fase. El cambio de fase de una sustancia tiene lugar a temperaturas y presiones definidas. El paso de slido agasse denomina sublimacin, de slido a lquido fusin, y de lquido a vapor vaporizacin. Si lapresines constante, estos procesos tienen lugar a una temperatura constante. La cantidad de calor necesaria para producir un cambio de fase se llamacalor latente; Existen calores latentes de sublimacin, fusin y vaporizacin. El calor que se absorbe sin cambiar la temperatura es elcalor latente.En esta experiencia se logro determinar el calor de fusin del hielo empleado un calormetro para el cual calibramos el calor de especfico, a partir de este procedimiento se realizaron tres medidas de peso y temperatura en equilibrio de la mezcla de hielo y agua, finalmente mediante los clculos se obtuvo un valor de332x10^3 J/kgpara el calor de fusin del hielo, al comparar este resultado con el valor terico que corresponde a334x10^3 J/kgse aprecia una medida bastante exacta con bajo porcentaje de error.

2. OBJETIVOS:

Comprobar que los cambios de estados se producen a temperaturas constantes. Analizar los procesos termodinmicos asociados a cambios de estados. Determinar el calor latente de fusin del hielo.

3. MARCOTERICO:

Elcalor latentees laenergarequerida por una cantidad de sustancia para cambiar de fase, deslidoalquido(calor de fusin) o de lquido a gaseoso (calor de vaporizacin). Cuando se aplicacaloralhielo, va ascendiendo su temperatura hasta que llega a 0C(temperatura de cambio de fase), a partir de entonces, aun cuando se le siga aplicando calor, la temperatura no cambia hasta que se haya fundido del todo. Esto se debe a que el calor se emplea en la fusin del hielo.Una sustancia experimenta un cambio de temperatura cuando absorbe o cede calor al ambiente que le rodea. Sin embargo, cuando una sustancia cambia de fase absorbe o cede calor sin que se produzca un cambio de su temperatura. El calor Q que es necesario aportar para que una masa m de cierta sustancia cambie de fase es igual a: Q=mL, donde L se denomina calor latente de la sustancia y depende del tipo de cambio de fase. Para que el agua cambie de slido (hielo) a lquido, a 0C se necesitan 334000 J/kg o 334 kJ/kg. (1)Una de las formas de determinar el calor latente de cambio de estado es por el mtodo de las mezclas. Consiste en mezclar dos sustancias (o una misma en dos estados de agregacin distintos) a diferentes temperaturas, de manera que una de ellas ceda calor a la otra y la temperatura del equilibrio final es tal que una de ellas al alcanzarla, realiza un cambio de estado. Una condicin importante es que no haya prdidas calorficas con el medio exterior.Se ha de tener en cuenta la cantidad de calor absorbida por el calormetro, por medio de su equivalente en agua K.Este experimento se realiza con agua a una temperatura superior a 0C e inferior a 100C portanto en estado lquido, y con hielo fundente a 0C. Si M es la masa inicial de agua, en este caso la sustancia caliente y m es la masa del hielo fundente y K el equivalente en agua del calormetro; T0 la temperatura del agua y calormetro, antes de la mezcla, T la temperatura final del equilibrio, c el calor especfico del agua lquida, que tomaremos como (1,0 0,1) cal/gC y L el calor latente de fusin del agua, valor que queremos determinar, un simple balance energtico conduce a: Mc (T0 T) + K( T0 T) = mL + mc (T 0) Q cedido = Q absorbido

Calor latente de algunas sustancias: Agua: de fusin: 334,4 kJ/kg (79,9 kcal/kg) a 0 C; de evaporacin: 2257 kJ/kg (539 kcal/kg) a 100 C. Amonaco: de fusin: 753 kJ/kg (180 kcal/kg) a -77,73 C; de evaporacin: 1369 kJ/kg (327 kcal/kg) a -33,34 C.Cuando se da el calor latente, es necesario dar tambin la temperatura a la que se produce, porque, en menor cantidad, tambin hay evaporacin o fusin a otras temperaturas (por ejemplo, la evaporacin del sudor en la piel ocurre a temperaturas inferiores a 100C), con valores distintos de calor latente.El agua tiene un calor de vaporizacin alto ya que, para romper los puentes de hidrgeno que enlazan las molculas, es necesario suministrar mucha energa; tambin tiene un calor de fusin alto. Una de las ventajas del elevado calor de vaporizacin del agua es que permite a determinados organismos disminuir su temperatura corporal. Esta refrigeracin es debida a que, para evaporarse, el agua de la piel (por ejemplo, el sudor) absorbe energa en forma de calor del cuerpo, lo que hace disminuir la temperatura superficial. Otro buen ejemplo del calor latente de vaporizacin del agua es cuando se riega el suelo: el agua se evapora y absorbe energa, por lo que el ambiente se refresca.Es importante saber que no todos los sistemas materiales tienen el mismo calor latente, sino que cada sustancia tiene sus propios calores latentes de fusin y vaporizacin.Cambios de estado:Normalmente, una sustancia experimenta un cambio de temperatura cuando absorbe o cede calor al ambiente que le rodea. Sin embargo, cuando una sustancia cambia de fase absorbe o cede calor sin que se produzca un cambio de su temperatura. El calor Q que es necesario aportar para que una masa m de cierta sustancia cambie de fase es igual a Q=mL donde L se denomina calor latente de la sustancia y depende del tipo de cambio de fase.Por ejemplo, para que el agua pase de slido (hielo) a lquido, a 0C se necesitan 334000 J/kg o 334 kJ/kg. Para que cambie de lquido a vapor a 100 C se precisan 2260000 J/kg.Los cambios de estado se pueden explicar de forma cualitativa del siguiente modo:En un slido los tomos y molculas ocupan las posiciones fijas de los nudos de una red cristalina. Un slido tiene, en ausencia de fuerzas externas, un volumen fijo y una forma determinada.Los tomos y molculas vibran, alrededor de sus posiciones de equilibrio estable, cada vez con mayor amplitud a medida que se incrementa la temperatura. Llega un momento en el que vencen a las fuerzas de atraccin que mantienen a los tomos en sus posiciones fijas y el slido se convierte en lquido. Los tomos y molculas siguen unidos por las fuerzas de atraccin, pero pueden moverse unos respecto de los otros, lo que hace que los lquidos se adapten al recipiente que los contiene pero mantengan un volumen constante.Cuando se incrementa an ms la temperatura, se vencen las fuerzas de atraccin que mantienen unidos a los tomos y molculas en el lquido. Las molculas estn alejadas unas de las otras, se pueden mover por todo el recipiente que las contiene y solamente interaccionan cuando estn muy prximas entre s, en el momento en el que chocan. Un gas adopta la forma del recipiente que lo contiene y tiende a ocupar todo el volumen disponible.Un ejemplo clsico en el que se utilizan los conceptos de calor especfico y calor latente es el siguiente:Determinar el calor que hay que suministrar para convertir 1 g de hielo a -20 C en vapor a 100C. Los datos son los siguientes: calor especficodel hielo ch = 2090 J/(kgK) calor defusindel hielo Lf = 334000 J/kg calor especfico del aguac = 4180 J/(kgK) calor devaporizacindel agua Lv = 2260000 J/kgEtapas:Se eleva la temperatura de 1g de hielo de -20C (253 K) a 0C (273 K) Q1 = 0.001 2090 (273 - 253)= 41.8 JSe funde el hielo Q2=0.001334000=334 JSe eleva la temperatura del agua de 0 C (273 K) a 100 C (373 K) Q3=0.0014180(373-273)=418 JSe convierte 1 g de agua a 100C en vapor a la misma temperatura Q4=0.0012260000=2260 J El calor total Q=Q1+Q2+Q3+Q4=3053.8 J.Si se dispone de una fuente de calor que suministra una energa a razn constante de q J/s, se puede calcular la duracin de cada una de las etapasEn la figura, que no se ha hecho a escala, se muestra cmo se va incrementando la temperatura a medida que se aporta calor al sistema. La vaporizacin del agua requiere de gran cantidad de calor como podemos observar en la grfica y en los clculos realizados en el ejemplo.

Medida del calor latente de fusin:

Se llena un termo con hielo y se cierra. A travs del tapn se pasa un largo tubo de vidrio de pequea seccin S y dos cables que conectan con una resistencia por la que circula una corriente elctrica que calienta el hielo para convertirlo en agua a 0C.Se aade agua a travs del tubo para rellenar la botella y propio el tubo.En la parte izquierda de la figura, se muestra la situacin inicial. En la parte derecha, la situacin al cabo de un cierto tiempo t despus de conectar la resistencia a una batera.La resistencia elctrica calienta el hielo, se funde y el volumen del sistema disminuye, como consecuencia, pasa agua del tubo de vidrio al termo. Medimos la variacin de altura del agua en el tubo vertical graduado.El experimento consiste en medir la energa necesaria para reducir el volumen del sistema en una determinada cantidad a temperatura constante y a presin constante.En el estado inicial tenemos una masa M de hielo de densidad h=0.917 g/cm3 en un volumen V0.M= hV0Al cabo de un cierto tiempo t, una masa m de hielo se ha convertido en agua de densidad a=1.0 g/cm3, El volumen V del sistema disminuyeLa variacin de volumen, en valor absoluto, esPara fundir una masa m de hielo y convertirla en agua se necesita una cantidad de calorQ=Lfmdonde Lf es el calor latente de fusinAl disminuir el volumen del sistema, el agua del tubo vertical entra en el termo, disminuyendo la altura en V=ShPodemos medir el calor Q que suministra la resistencia elctrica en el tiempo t.Q=i2RtMedimos la variacin de la altura h de agua en el tubo de vidrio vertical y despejamos el calor latente de fusin LfEjemplo: La seccin del tubo vertical vale S=0.1782 cm2 La densidad del hielo h=0.917 g/cm3 La densidad del agua a=1.0 g/cm3Se precisan Q=13140 J para que el nivel de agua en el tubo vertical disminuya h=20 cm.todos estos procesos se utilizan en la materia que es Es decir es todo aquello que ocupa un sitio en el espacio, se puede tocar, se puede sentir, se puede medir, etc.

4. MATERIALES:Calormetro

Matraz

Termmetro calibrado

Hielo

Vasos qumicos

5. PROCEDIMIENTO:

Calor latente de fusin del hielo:

Pesar el calormetro con 150 ml de agua. Leer la temperatura (t1).

Pesar el calormetro vacio.

Pesar el calormetro con 150 ml de agua. Leer la temperatura (t1)

Pesar el hielo, transferir al calormetro.

Medir la temperatura del hielo (t2).

Repetir veces.

Realizar clculos.

6. GRAFICOS:

7. CALCULOS Y RESULTADOS:

Peso del agua = 151g Temperatura del agua = 19.11 C Peso del hielo = 140 g Temperatura del hielo = - 0.02 CClculos:

Caso #TiempoT C

0160 seg2.8C

0260 seg2.38C

0360 seg1.86C

0460 seg1.27C

0560 seg1.11C

0660 seg0.97C

0760 seg0.91C

0860 seg0.86C

0960 seg0.81C

1060 seg0.77C

1160 seg0.74C

1260 seg0.74C

8. CONCLUSIONES:

Se comprob el principio de la conservacin de la energa, el cual establece que la energa total inicial de un sistema es igual a la energa final total del mismo sistema. Afianzamos el concepto de calor latente, fusin y condensacin. Determinamos valores que fueron aproximadas a los resultados esperados. La correcta observacin de estos experimentos, nos llevaran a una correcta explicacin de estos fenmenos.

9. BIBLIOGRAFIA:

http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/estadistica/otros/fusion/fusion.htm http://fisicoquimica230med.blogspot.com/2012/10/calor-latente-de-fusion-del-hielo.html http://es.slideshare.net/ronoroca/informe-calor-latente http://es.slideshare.net/ready91x/lab-fsica-b-informe-9-calor-latente http://bacterio.uc3m.es/docencia/laboratorio/guiones_esp/termo/Fusion_Hielo_Guion.pdf