EQUIVALENCIA ENTRE ENERGIA ELECTRICA Y CALORIFICA. PDF

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práctica de fisicoquímica,EQUIVALENCIA ENTRE ENERGIA ELECTRICA Y CALORIFICA....

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Centro de Ciencias Básicas Departamento de Ingeniería Bioquímica Área Académica: Básica y Operaciones Unitarias Lic. En Análisis Químico Biológicos

Laboratorio de Fisicoquímica I Impartido Dr. Magdalena Samanta Ramos Gómez

Reporte de Practica PRACTICA 11. EQUIVALENCIA ENTRE ENERGIA ELECTRICA Y CALORIFICA.

Índice: Índice General: Resumen………………………………………………………………………………………………………….. Pág. 2 Introducción…………………………………………………………………………………………………… ..Pág.4 Marco Teórico………………………………………………………………………………………………….. Pág.3

Antecedentes………………………………………………………………………………………………...... Pág.5 Justificación…………………………………………………………………………………………………….. .Pág.6 Objetivo…………………………………………………………………………………………………………… .Pág.5 Metodología……………………………………………………………………………………………………. .Pág.6 Resultados……………………………………………………………………………………………………….. Pág.6 Discusión………………………………………………………………………………………………………….. Pág.8 Conclusión………………………………………………………………………………………………………. .Pág.9 Referencias Bibliográficas………………………………………………………………………………… .Pág.9

Índice de Figuras: Figura 1…………………………………………………………………………………………………………………….. Pág. 5

Índice de Tablas: Tabla 1………………………………………………………………………………………………………………………...Pág 6

Resumen: Con anterioridad el alumno analizaba la energía, siendo una de las manifestaciones más primordiales de la naturaleza, debido a los cambios y transformaciones que esta provoca. En esta práctica el alumno analiza la manera en la cual todas las energías se ligan en ciertas condiciones. La primera ley de la termodinámica establece que “la materia no se crea ni se destruye solo se transforma”, para poner en práctica lo anterior el alumno implementa nuevamente el calorímetro, bajo las mismas condiciones y con el mismo análisis, pero esta vez el alumno se percató de la medición de la resistencia eléctrica cuando el agua subió su temperatura hasta 30°C.

Marco teórico: Una de las leyes fundamentales de la física establece que la energía no se puede crear ni destruir. Solamente hay una cantidad específica de energía en el universo. Existe en diversas formas tales como energía térmica, energía luminosa y energía eléctrica. No podemos añadir, o sustraer de, esta cantidad. Cuando decimos que usamos energía eléctrica, no queremos decir que hemos destruido o perdido la energía. Damos a entender

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que hemos convertido esta energía eléctrica en una forma de energía más útil. Por ejemplo, cuando hacemos funcionar una lámpara eléctrica, estamos convirtiendo energía eléctrica en energía luminosa y energía térmica. Hemos usado la energía eléctrica en sentido de que ya no existe como eléctrica. Pero no hemos consumido la energía aun existe en la forma de energía luminosa y energía térmica. En el estudio de la electricidad interviene el conocimiento de la conversión de energía de una forma a otra. La propia energía eléctrica se obtiene por la conversión de energía de una forma a otra. Las bacterias convierten la energía química en energía eléctrica. Las células solares convierten la energía luminosa en energía eléctrica. Y los generadores convierten la energía mecánica (de rotación) en energía eléctrica. Raramente usamos la energía directamente en la forma de energía eléctrica. No obstante, la forma de energía eléctrica es deseable a causa de que puede moverse fácilmente de un lugar a otro. La energía eléctrica producida en una central eléctrica a muchos kilómetros de nuestros hogares puede transportarse fácilmente de la central a nuestra casa. Una vez, la energía eléctrica es suministrada a nuestro hogar, puede convertirse en una forma más útil. Previamente hemos indicado como la energía eléctrica en una bombilla se convierte en energía luminosa y energía térmica. Otro ejemplo familiar es la estufa eléctrica, que convierte la energía eléctrica en mecánica (de rotación) con un motor eléctrico es también una conversión habitual.

Introducción: La energía calórica es aquella que poseen los cuerpos, cada vez que son expuestos al efecto del calor. También, se puede decir que corresponde a la energía que se transmite entre dos cuerpos que están a diferentes temperaturas, es decir, con distinto nivel calórico. El calor es una forma de energía que se encuentra en constante tránsito. Lo que significa que si un cuerpo está a un determinado nivel calórico, el calor se transmite al medio ambiente. Puedes observar lo que sucede cuando dos cuerpos se ponen en contacto, Página 3

estando uno más frío que el otro. En este caso el calor del cuerpo más caliente se transmite al cuerpo más frío, hasta que ambos adquieren casi la misma temperatura. Cada vez que un cuerpo recibe calor, las moléculas que forman parte del objeto adquieren esta energía, hecho que genera un mayor movimiento de las moléculas que forman parte del cuerpo. A mayor energía del cuerpo, mayor será el grado de agitación de las moléculas.

Antecedentes: Varios científicos del siglo XIX aceptaron la idea de que el calor estaba relacionado con la energía; entre ellos, destaca particularmente un cervero inglés, James Prescott Joule (1818-1889). Joule y otros investigadores realizaron varios experimentos que fueron cruciales para la aceptación de la visión actual de que el calor, al igual que el trabajo, representa una transferencia de energía. Uno de los experimentos de Joule se muestra en la siguiente figura. (Giancoli D. 2006)

Figura 1. Experimento de Joule sobre el equivalente mecánico del calor.

El peso que cae provoca que una rueda de paleta gire. La fricción entre el agua y la rueda de paletas provoca que la temperatura del agua aumente ligeramente. El mismo aumento de temperatura también se podría obtener al calentar el agua en una estufa. A partir de este y muchos otros experimentos, Joule determino que una cantidad dada de trabajo realizado siempre era equivalente a una cantidad particular de entrada de calor. (Giancoli D. 2006)

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Justificación: La energía mecánica es la que se intercambia cuando se realiza trabajo. En química esto es importante ya que está ligado a la teoría cinética de la material ya que, esto se compone de partículas que están en continuo movimiento y que, por lo tanto, poseen energía cinética. Cuando un cuerpo se encuentra a una temperatura elevada sus moléculas se mueven rápido y cuando está a baja temperatura sus moléculas se mueven lento. La energía térmica se relaciona con la energía cinética que tienen las partículas del cuerpo y con sus temperaturas.

Objetivo: Comprobar la equivalencia entre la cantidad de calor suministrado a una sustancia para elevar su temperatura y la energía eléctrica necesaria para producir dicha elevación.

Metodología: Desarrollo de la metodología experimental: 1. Se midió aproximadamente 300 ml de agua destilada en una probeta y se depositó en el calorímetro. 2. Se tomó la temperatura inicial del agua en el calorímetro, y se calcifico como T1. 3. El calorímetro se selló con su respectiva tapa y con la resistencia eléctrica. 4. La resistencia eléctrica fue conectada a la corriente de energía, aunado a ello el cronometro para así medir el tiempo en el que tarda en subir la temperatura hasta 30°C 5. La resistencia bajo su temperatura hasta 25°C, aun sumergida en el agua. 6. La metodología para el análisis de la intensidad de corriente se basó en: 

Colocar la resistencia entre los dos brazos del imán multímetro



Ajustar el multímetro a la escala de amperaje



Conectar la resistencia sin que toque el imán hasta lograr una lectura.

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Materiales

Reactivos

Probeta de 250 ml Calorímetro con resistencia Multimetro Termómetro Cronometro

Agua

Resultados: Tabla 1.- Muestra los cálculos realizados durante la práctica.

Q1=

Cálculos

(V )( I )(t ) 4.184 J /cal

Dónde: Q= calor V= voltaje (volts) I= intensidad (ampers) t= tiempo (seg)

En la tabla se presentan los parámetros de la ecuación de la cantidad de calor obtenida en voltaje, tiempo e intensidad.

Tf =Ti +30 °C T1= temperatura inicial Tf= temperatura final

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T1= 24°C Tf=24°C + 30°C Tf= 54°C

t= 9 minutos 6 segundos 75 milésimas t = 546 segundos V= 127.3 Volts I= 1.93 amperes Volumen agua= 750 ml= 750 g Cp= 1 Cal/gecko

a) Cantidad de calor suministrado por la resistencia eléctrica: Q1=

( 127.3 V ) ( 1.93 ampers) (546 segundos) =32061.70 calorías= 32.061 Kcal T ) (4.184 cal

b) Calor absorbido por el agua:

(

Q2=( 750 g) 1

)

(

)

Cal cal ( 54 °C− 24 °C ) +( 235.4 g ) 0.0944 ( 54 ° C− 24 °C )=23,166 .6528 calori g°C g °C

c) Calor perdido: Q 3=23.16665 kcal −32.061 kcal =−8.89435 kcal

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Discusión: En la siguiente práctica realizamos un experimento en el cuál se utilizaron los conceptos de temperatura y calor así como otros parámetros como voltaje, intensidad y tiempo. En el experimento medimos 750ml de agua para colocarlos en el calorímetro y se midió la temperatura inicial, tapamos respectivamente el calorímetro con la tapa y procedimos a cuantificar la resistencia eléctrica, colocamos la resistencia a la corriente eléctrica con mucho cuidado ya que la profesora nos pidió no tocar la parte metálica con los dedos, solo la parte plástica para no transmitir energía y evitar un accidente, accionamos el cronómetro para medir el tiempo en el que la temperatura del agua en el calorímetro sube a 30°C, y se agitó constantemente el calorímetro.

Tf =Ti +30 °C El calor específico (Ce) es la propiedad que le permite a una sustancia almacenar energía térmica. Se define así: “Calor específico: cantidad de calor necesaria para que un gramo de determinada sustancia eleve su temperatura 1°C” (Francisco y Alicia, 2003) Ejemplo: si colocamos en una fuente de calor un kilogramo de agua y un kilogramo de hierro, el metal elevará más rápido su temperatura que el agua; en consecuencia, podemos decir que el calor específico del agua es mayor que el del metal, ya que requiere mayor cantidad de calor para elevar su temperatura el mismo número de grados que el metal. (Francisco y Alicia, 2003) Lo anterior se puede comparar con el experimento realizado en clase al momento de colocar el agua en el calorímetro el metal reacciona y hace su trabajo, haciendo así que el agua se enfríe si está caliente, o si está caliente permanezca a su temperatura. Se tuvieron algunos problemas con el multímetro ya que no funcionaba al momento de conectarlo, pero logramos medir la resistencia adecuadamente y sin alguna otra dificultad. Con la teoría revisada en clase nos fue más fácil aplicar los conocimientos acerca de cp o calor , y con dicha temperatura. La primera ley de termodinámica es, en esencia, el principio de conservación de la energía generalizando a fin de incluir el calor como modalidad de transferencia de energía. De acuerdo con la primera ley, la energía interna de un objeto puede aumentar ya sea en función del calor agregado a un objeto o del trabajo realizado sobre él. Esta ley no impone restricción alguna a los tipos de conversiones de energía que se producen. Nos dice que la energía interna de un sistema puede cambiar como resultado de dos tipos diferentes de transferencia de energía a través de la frontera del sistema. (Serway, Raymond, A. et al 2001) Y bien la energía interna como mencionamos anteriormente aumenta dependiendo del trabajo realizado, y la energía que esto implica al momento de que el calorímetro se conectó a corriente la energía aumento y el trabajo por consecuencia se produjo de manera más rápida. Página 8

Como resultados obtuvimos la cantidad de calor suministrado por la resistencia eléctrica, el calor absorbido por el agua y el calor perdido.

Conclusión: Se cumplió el objetivo, el alumno manejó el concepto de cantidad de calor suministrado a una sustancia y se comprendieron los efectos de la temperatura y la energía eléctrica. Con la ayuda de los diferentes materiales se logró concretar la práctica de una manera adecuada y rápida.

Referencias:    

Francisco Javier de la Torre Zermeño, Alicia Flores Escobar, (2003) “El mundo de la física”, Instituto Politécnico Nacional y Universidad Autónoma de México, Pág 31 Giancoli C. Douglas. (2006). “Fisica principios con aplicaciones”. Editorial Pearson. México. Pp. 385 Serway, Raymond, A. et al (2001), “Física” 5ta Edición, México pág 373 O. La. O. Et al. (2009). “Efecto de la combinación de Tithonia diversifolia y pennisetum purpereum vc. Cuca CT-115 en la cinética y producción de gas in vitro”. Revista cubana de ciencia agrícola. Vol. 43.Numero 2. pp 149-151

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