CAPACIDAD CALORÍFICA

OBJETIVO: Determinar la Capacidad Calorífica de un cuerpo y determinar la cantidad de energía calorífica transferida a un cuerpo y el cambio de temperatura que experimenta, por medio de un calorímetro que es un recipiente aislado con un termómetro.

MATERIALES Y/O SUSTANCIAS:Recipiente de unicel totalmente cerradoTermómetro de mercurio Termómetro digital Cristalizador2 vasos de precipitados de 250 ml.BalanzaSoporte universalMechero de bunsenTela de asbestoAgua1 Piedra (material de prueba)

EQUIPOS Y/O HERRAMIENTAS

Laboratorio de química.

MÉTODOS, PROCEDIMIENTO O DESARROLLO:

1.- Primeramente realizamos el calorímetro para así realizar la respectiva calibración, en este caso con el recipiente de unicel completamente cerrado a la parte superior le introducimos el termómetro de mercurio, y dentro del recipiente el cristalizador.

2.- Una vez que teníamos ya el recipiente de unicel con el termómetro de mercurio y el cristalizador, pasamos a ponerle agua fría al recipiente en este caso la tuvimos que pesar el vaso de precipitado en la balanza y después agregarle el agua fría y pesarla totalmente y hacer la diferencia de pesos entre el peso del vaso de

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precipitado vacio y el peso del vaso de precipitado con el agua fría dentro del mismo esto nos dio como resultado 148 grs., de agua fría y la depositamos dentro del recipiente de unicel y medimos su temperatura y fue de 26°C

3.- Ya vertida el agua fría en el recipiente de unicel, volvemos a pesar el vaso

de precipitado vacio, ese mismo vaso le colocamos agua fría dentro del mismo y lo ponemos en el soporte universal, prendemos el mechero de bunsen y dejamos que el agua se caliente, una vez calentado medimos su temperatura y fue de 60°C e inmediatamente la pesamos en la bascula y peso alrededor de 147.3 grs., y la colocamos dentro del cristalizador, cerrando así el recipiente de unicel y una vez trascurrido un corto tiempo medimos su temperatura final esto se debió al equilibrio de temperaturas del mismo dando como resultado 41°C.

4.- Obtenido ya las masas del agua fría y caliente así mismo como sus temperaturas, calculamos su Masa equivalente del calorímetro (véase las operaciones en el apartado de Cálculos) y nos da como resultado E= 38.58 grs., en la Masa equivalente del calorímetro.

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5.- Ya teniendo el valor que buscamos en la calibración del calorímetro, seguimos a calcular la capacidad calorífica constante (Cp) del material de prueba en este caso la piedra, la colocamos en la balanza tuvo un peso de 34 grs.

6.- Pesado ya el material de prueba y medimos su temperatura ambiente de 30°C, proseguimos a calentarlo en el soporte universal y cuando alcanzó una temperatura elevada medimos su temperatura con el termómetro digital eh indico 194°C. y colocamos esa piedra en el agua que habíamos pesado anteriormente en el vaso de precipitado y una vez que esta dentro, medimos la temperatura final ósea la temperatura en equilibrio y resulto 28°C.

7.- Con todos los datos obtenidos calculamos la capacidad calorífica del material de prueba en este caso la piedra y nos resulto lo siguiente Cppiedra =3.218235294 cal/g°c(Véase en el procedimiento en el apartado de Cálculos).

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CÁLCULOS

1.- Calcular la masa equivalente del calorímetro utilizando la expresión correspondiente.

a. Para calibración por mezcla de agua utilice la siguiente expresión:

MaCpagua(Ta – T) = (Mb + E) Cpagua(T – Tb)

Donde:

Ma = Masa de agua caliente vertida en el proceso de calibración.

Mb = Masa de agua fría vertida en el proceso de calibración.

Ta = Temperatura del agua caliente vertida en el proceso de calibración.

Tb = Temperatura del agua fría vertida en el proceso de calibración.

T = Temperatura en equilibrio.

Cpagua = Capacidad calorífica del agua = 1 cal/(g°C).

E = Masa equivalente del calorímetro.

- Despejando de la expresión inicial E = Masa equivalente del calorímetro, queda de la siguiente manera:

MaCpagua(Ta – T)

Cpagua(T – Tb)

- Por lo tanto quedan de la siguiente manera los datos y los sustituimos en la formula despejada y obtener la Masa equivalente del calorímetro.

Ma = 148 grs.

E = - Mb

Sustituyendo los valores en la sig. Expresión:

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Mb = 147.3 grs.

Ta = 60°C

Tb = 26°C

T = 41°C

Cpagua = 1 cal/(g°C).

E = 38.58 g.

2.- Calcular la capacidad calorífica a presión constante (Cp) del material de prueba utilizando la siguiente expresión:

McCpc(Tc – Te) = (Mb + E) Cpagua(Te – Tb)

Donde:

Mc = Masa del material de prueba.

Mb = Masa de agua fría utilizada.

Tc = Temperatura del material de prueba.

Tb = Temperatura del agua fría utilizada.

Te = Temperatura de equilibrio.

Cpagua = Capacidad calorífica del agua = 1 cal/(g°C).

Cpc = Capacidad calorífica del material de prueba.

E = Masa equivalente del calorímetro.Tc>Te>Tb

- Despejando de la expresión inicial Cpc = Capacidad calorífica del material de prueba, queda de la siguiente manera:

(Mb + E) Cpagua(Te – Tb)

Mc(Tc – Te)

(147.3 grs)(1cal/g°C)(60°C – 41°C)(1cal/g°C)(41°C – 26°C)

- 148 grsE =

(147.3 grs)(19°C)(15°C)

- 148 grsE =

2798.7 g°C(15°C)

E = - 148 grs

186.56 g – 148g = 38.58 g.E =

Cpc =

CAPACIDAD CALORÍFICA

- Por lo tanto quedan de la siguiente manera los datos y los sustituimos en la formula despejada y obtener la Capacidad calorífica del material de prueba.

Mc = 34 grs.

Mb = 148 grs.

Tc = 30 °C

Tb = 26 °C

Te = 28°C

Cpagua = 1 cal/(g°C)

Cpc = 3.218235294 cal/ grs°C

E = 38.58 grs.

RESULTADOS

Para el equivalente del calorímetro:Liquido medida M(g) Ta(°C) Te(°C)

Agua

1(Agua fría)

148 g. 26°C 41°C

2(Agua

caliente)147.3 g. 60°C 41°C

Calor especifico para el material de prueba:

Material M(g) Ta(°C) Te(°C)

Piedra (solido)34 g. 30°C 28°C

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONESDurante esta práctica analizamos la necesidad de evitar, en lo posible intercambios de calor con el medio ambiente, nos obliga a utilizar un sistema que permita realizar equilibrios sin depender del medio externo. Es te sistema es el calorímetro. Y así mismo calcular su capacidad calorífica de los materiales de prueba que deseemos realizar.

Sustituyendo los valores en la sig. Expresión:

(148grs – 38.58 grs)(1cal/(g°C))(28°C – 26°C)34 grs (30°C – 28°C)

Cpc =

(109.42 grs)(1cal/(g°C))(2°C)34 grs (2°C)

Cpc =

218.84 cal/(grs 2 °C 2 68 grs°C

Cpc =

Cpc = 3.218235294 cal/ grs°C

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Se recomiendo mantener constantemente en observación los resultados que se obtengan de la práctica para así lograr resultados más precisos.

FUENTES DE CONSULTA

Universidad libre de facultades de ingeniería (2011). Calorimetría. Recuperado el 22de abril de 2012 de http://www.redjbm.com/catedra/guias/fisica/FIS-TER-LAB1.pdf.