Práctica 6. Capacidad térmica PDF

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Profesora: Sac Nicté Gómez BarreraPráctica 6: Capacidad Térmica.(1)​ ​González Viniegra Alejandra (2) Juárez Valdespino Demián (3) Méndez Alvarez IanUniversidad Nacional Autónoma de México Facultad de Química, LaboratorioI. Resumen.Obtener la capacidad térmica y la capacidad térmica específica de un...

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Grupo: 34 Profesora: Sac Nicté Gómez Barrera

Diciembre 04 2020

Práctica 6: Capacidad Térmica. (1) G  onzález Viniegra Alejandra (2) Juárez Valdespino Demián (3) Méndez Alvarez Ian

Universidad Nacional Autónoma de México Facultad de Química, Laboratorio

I.

Resumen.

Obtener la capacidad térmica y la capacidad térmica específica de un metal a través del análisis experimental de una interacción energética entre dos sistemas.

Hay diferentes factores de los que depende la transferencia de calor: a) La naturaleza química de la sustancia dentro del sistema. b) La masa de dicha sustancia. c) La diferencia de temperaturas.

II.

Introducción.

El calor es una función de trayectoria cuya magnitud es escalar; Es un mecanismo de transferencia de energía y es un fenómeno que sucede exclusivamente en las paredes del sistema cuando se lleva a cabo un proceso. El calor se transfiere del sistema de mayor temperatura al de menor temperatura. Sus unidades en el SI son los Joules [J] o kiloJoules [kJ]. En el sistema inglés son British Thermal Units [Btu] y en otras unidades podemos encontrarlo en calorías [cal] o kilocalorías [kcal]. Cuando un sistema gana o absorbe calor se indicará como Q > 0 y esto quiere decir que es un proceso endotérmico, por otro lado, si el sistema pierde o cede calor se indica como Q < 0 tratándose de un proceso exotérmico.

De ahí podemos juntar todos esos factores en la siguiente expresión:

Al quitar la proporcionalidad con una constante:

Donde:

-Q: cantidad de calor transferida [cal] [J] [Btu] -m: masa de la sustancia [g] [kg] [lb] -ΔT = Tf ‒ Ti: diferencia temperaturas [°C] [K] [°F]

de

-c: constante de proporcionalidad que depende de la naturaleza química de [cal/g°C] [J/kgK] [Btu/lb°F] una sustancia, llamada capacidad térmica específica o calor específico.

Grupo: 34 Profesora: Sac Nicté Gómez Barrera Esta constante de proporcionalidad “c” recibe el nombre de capacidad térmica específica/ calor específico/ capacidad calorífica específica. La capacidad térmica se define como la cantidad de energía en forma de calor que se necesita suministrar a un sistema para incrementar su temperatura en 1°C .En virtud de que esta propiedad no está definida para una masa fija de sustancia, la identificamos como una propiedad intensiva. La capacidad térmica es característica de un objeto en particular.

Diciembre 04 2020 Figura 1. El calor de acuerdo a con signo. Hernández S.G.

Calorimetría: Es una rama de la termodinámica experimental que se encarga del estudio y la cuantificación de la cantidad de calor absorbida o cedida por un sistema. Por lo tanto, la ecuación que represente la transferencia de calor es la siguiente:

Esta ecuación representa un balance energético, donde en el caso de la práctica, el sistema que gana energía es el del agua y el sistema que cede es el del metal.

La capacidad térmica específica de una sustancia se define como la cantidad de calor necesaria para elevar 1°C la temperatura de una masa unitaria de dicha sustancia. Como esta propiedad está definida para una masa fija de sustancia, quiere decir que es una propiedad extensiva.

Con el tiempo, el agua y el metal llegarán al equilibrio térmico, es decir, ambos estarán a la misma temperatura:

La capacidad térmica específica caracteriza a una sustancia.

Donde:

Como el calor posee un signo, se puede interpretar como:

- mA y mB son las masas de agua y metal. -cA y cB son las capacidades térmicas específicas del agua y el metal-Ti,A y Ti,B son las temperaturas iniciales del agua y del metal respectivamente. La temperatura de equilibrio: Es una propiedad no mecánica, es intensiva y no es aditiva.

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Figura parte.

2. Procedimiento experimental primera

Donde: 𝑚𝐴: masa del sistema A. 𝑚𝐵: masa del sistema B. 𝑐𝐴: capacidad térmica específica de A. 𝑐𝐵: capacidad térmica específica de B. 𝑇𝐴𝑖: temperatura inicial del sistema A. 𝑇𝐵𝑖 : temperatura inicial del sistema B. 𝑇𝑒𝑞: temperatura de equilibrio. Para n sistemas en contacto, la temperatura de equilibrio puede escribirse de forma general como:

Segunda parte

Figura 3. Procedimiento experimental segunda parte.

V. Análisis de resultados. Para calcular los datos de la tabla de la primera parte utilizaremos el experimento 1: III. Materiales y equipo. Q perdido metal = Q ganado del agua Se utilizarán 5 cilindros de aluminio o latón, 1 termómetro de mercurio, 1 termómetro digital, 1 cronómetro, 1 vaso de poliestireno de 250 mL con tapa, 1 tela de asbesto, 1 probeta, 1 baño de temperatura constante, hilo de nylon.

IV. Metodología. Primera parte

Para calcular Q ganado del agua haremos lo siguiente. Q del agua= (m)(c)(DT) m= masa del agua c= calor específico del agua DT= Teq - Ti del agua Dt= 23.7ºC - 22.9ºC (150g)(1cal/gºC)(0.8ºC)= 120 cal Por lo tanto la cantidad de calor transferida del metal será de -120 cal Las demás cantidad de calor transferida se calculan de igual forma solo con la variación en la DT

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C = Q/Teq = -60cal/22.6ºC = -2.66 cal/ºC (Tabla 1. Determinación de la capacidad térmica).

Como se puede observar en la tabla, los valores de Q de agua y Q del metal son los mismos pero con signo contrario, esto se debe a:

Como el metal era el de mayor temperatura es el que cede calor, es por eso que lleva un signo negativo; Por otro lado, el agua, al tener menor temperatura es la que gana ese calor que cede el metal y la vemos representada con signo positivo. Para calcular los datos del experimento 1 de la parte 2 realizaremos lo siguiente, los demás datos los obtendremos de la misma manera, solo cambia el DT: Q perdido metal = Q ganado del agua Para calcular la cantidad de calor transferida del agua haremos lo siguiente. Q del agua= (m)(c)(DT) DT= Teq - Ti del agua Dt= 22.6ºC - 22.2ºC (150g)(1cal/gºC)(0.4ºC)= 60 cal La cantidad de calor transferida del agua será de 60 cal por lo tanto la cantidad de calor transferida de la barra de metal será -60 cal. Para calcular la capacidad térmica del metal en este caso lo que haremos es.

(Tablas 2 y 2.1: Determinación de la capacidad térmica específica).

VI. Conclusión. Lo más destacable es comprender que el calor al ser una manifestación de energía presenta el principio de conservación de la energía, ya que la cantidad de calor cedido en éste caso por el metal que era el de mayor temperatura, fue la misma cantidad de calor que ganó el agua de menor temperatura, llegando a un equilibrio en el cual el calor no desaparece si no que se transfiere entre los cuerpos siempre siendo el cuerpo de mayor temperatura el que provea el calor al de menor temperatura. Se pudieron comprender aspectos relacionados con la capacidad térmica y capacidad térmica específica además de las unidades en las que éstas se expresan y cómo calcular por medio de los datos obtenidos experimentalmente la capacidad térmica del metal (aluminio). Se observó que la capacidad térmica y la capacidad térmica específica son

Grupo: 34 Profesora: Sac Nicté Gómez Barrera propiedades que nos dan información acerca de una sustancia y su naturaleza. Al realizar el cálculo y el estudio de las propiedades pudimos comprender cómo se comportan de manera diferente tanto la capacidad térmica como la capacidad térmica específica, teniendo como diferencia la dependencia de la masa. La no dependencia de la masa de la capacidad térmica lo convierte en un valor relativamente fácil de calcular y con un comportamiento constante y que además es propio e invariable para el material y solo depende de las propiedades fisicoquímicas del material en cuestión. Por otra parte la capacidad térmica específica por su dependencia de la masa resulta ser un número que no solo dependerá de las propiedades fisicoquímicas del material estudiado si no de la masa del mismo por lo que podemos decir que la primera es una propiedad intensiva mientras que el concepto de capacidad térmica es una propiedad extensiva y la relación entre la masa y la capacidad térmica es directamente proporcional, ya que entre mayor sea la masa de la sustancia, se necesitará más cantidad de calor para haceraumentar su temperatura.

VII. Referencias. González, S.G. (2020), Primera Ley de la Termodinámica y ecuación energética. Recuperado el 02 de noviembre del 2020. Facultad de Química UNAM. (s.f.) Capacidad térmica y capacidad térmica específica. Recuperado el 02 de noviembre del 2020 en:

Diciembre 04 2020 http://depa.fquim.unam.mx/amyd/archi vero/Capacidad_Termica_21418.pdf...