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Universidad Nacional Autónoma de MéxicoFacultad de QuímicaPráctica 6Laboratorio de TermodinámicaCAPACIDAD TÉRMICAProfesor: Roberto Galicia GarcíaFecha de entrega 01-04-CAPACIDAD TÉRMICAObjetivosQue el alumno comprenda los conceptos de capacidad térmica y capacidadtérmica específica y las unidades en...

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Universidad Nacional Autónoma de México Facultad de Química Práctica 6 Laboratorio de Termodinámica CAPACIDAD TÉRMICA Profesor: Roberto Galicia García

Fecha de entrega 01-04-19

CAPACIDAD TÉRMICA Objetivos Que el alumno comprenda los conceptos de capacidad térmica y capacidad

térmica específica y las unidades en las cuales pueden ser expresados. Que identifique la influencia de estas propiedades en diferentes fenómenos cotidianos. Problema A través de una interacción energética entre dos sistemas obtener la capacidad térmica y la capacidad térmica específica de un metal. Material y reactivos ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ●

5 cilindros de aluminio o de latón 1 mechero 1 termómetro de mercurio 1 tripié 1 termómetro digital 1 tela de asbesto 1 cronómetro 1 probeta 1 vaso de poliestireno de 250 mL con tapa 1 baño de temperatura constante 1 vaso de precipitados de 250 mL Hilo de nylon

Resumen teórico-práctico Calor específico. El calor específico es una propiedad intensiva, no depende de la materia, y es un valor fijo para cada sustancia. Así, el agua tiene un valor fijo de calor específico, el cual debemos entenderlo como la cantidad de calor que puede absorber una sustancia: cuanto mayor sea el calor específico, mayor cantidad de calor podrá absorber esa sustancia sin calentarse significativamente. Capacidad térmica. La capacidad calorífica se puede expresar como la cantidad de calor requerida para elevar en 1ºC, la temperatura de una determinada cantidad de sustancia. Cuanto mayor sea la capacidad calorífica de una sustancia, mayor será la cantidad de calor entregada a ella para subir su temperatura. Procedimiento experimental

Parte 1. Constante de calorímetro. 1. Pesar el vaso de poliestireno de 250 mL con tapa, vacío y lleno de 150 mL de agua fría. La diferencia es el peso del agua fría en el vaso. 2. Colocar el termómetro en el agujero de la tapa del vaso de poliestireno y dejarlo ahí. Tomar nota de la temperatura tomada por el termómetro cuando se mantenga constante. 3. Calentar agua en el vaso de precipitados y cuando esta llegue a una temperatura mayor a 90° C, pesar 50 mL. 4. Vaciar los 50 mL de agua caliente en el vaso de poliestireno en el que se encuentran los 150 mL de agua fría. Tapar el vaso manteniendo el termómetro dentro del agua. 5. Reportar en la siguiente tabla el cambio de temperatura que se presenta cada 10 segundos: t (s)

T (°C)

0

35.7

10

35.7

20

35.6

30

35.6

40

35.6

50

35.6

6. Realizar los siguientes cálculos para obtener la constante de calorímetro. Datos: ● masa del agua fría: 146.152 g ● temperatura del agua fría (T2): 23.2 °C ● masa del agua caliente: 48.700 g ● temperatura del agua caliente (T1): 79° C ● temperatura de equilibrio (T3): 35.6 ° C T ❑1−T ❑3 −m❑H ❑ O fría ⋅cp ❑H ❑ O fría T ❑3−T ❑2 (79 ° C−35.6 ° C ) −( 146.152 g )( 1)=24.298 Kv=(48.700 g)cal(1)cal (35.6 ° C−23.2° C) Kv=(m❑ H ❑ O )cal(cp ❑H ❑ O )cal 2

K= 24.298

2

2

2

Parte 2. Capacidad térmica del metal 1. Pesar el vaso de poliestireno de 250 mL con tapa, vacío y lleno de 150 mL de agua fría. La diferencia es el peso del agua fría en el vaso. 2. Colocar el termómetro en el agujero de la tapa del vaso de poliestireno y dejarlo ahí. Tomar nota de la temperatura tomada por el termómetro cuando se mantenga constante. 3. Amarrar con el hilo de nylon los 5 cilindros metálicos y pesarlos. 4. Calentar agua en el vaso de precipitados con los 5 cilindros de metal dentro, dejando un pedazo de hilo nylon a fuera para poder retirarlos cuando sea necesario. 5. Cuando el agua llegue a una temperatura mayor a 90° C, retirar los cilindros del agua caliente y pasarlos al vaso de poliestireno que contiene agua fría. Anotar la temperatura cuando se mantenga constante. 6. Realizar los siguientes cálculos para conocer la capacidad térmica del material: Datos: ● Masa del agua fría: 150.066 g ● Temperatura del agua fría (T4): 23.0° C ● Temperatura del metal (T6): 94° C ● Masa del metal: 22.356 g ● Temperatura de equilibrio (T5): 24.8° C

Cp=

K (T ❑5 −T ❑4 )+m ❑H ❑ O fría (T ❑5−T ❑4 ) (24.298)( 24.8 ° C−23 ° C)+(150.066 g)( 24.8 ° C−23 °C = m❑metal (T ❑6 −T ❑5 ) (22.356 g)(94 ° C−24.8 ° C ) 2

Cp = 0.2028 cal/g°C Material del metal: aluminio Cp del aluminio: 0.217 cal/g°C Cp obtenido experimentalmente: 0.202 cal/g°C Análisis de Resultados La capacidad calorífica es la propiedad que tienen los cuerpos para absorber energía en forma de calor, así, por ejemplo, si añadimos la misma cantidad de calor, durante la misma cantidad de tiempo a la misma masa de dos sustancias diferentes, al final del experimento observaremos que los cuerpos tendrán temperaturas diferentes debido a que uno de los dos

posee mayor capacidad calorífica, es decir, tiene la “capacidad” de absorber más calor que el otro material. El valor de cp obtenido experimentalmente es cercano al cp ya dado del aluminio, teniendo un porcentaje de error aproximado de 7.42%, por lo que podemos decir que el procedimiento y resultados obtenidos a lo largo del proceso, fueron satisfactorios. Conclusiones La capacidad calorífica de una sustancia da la idea de la facilidad que tiene para aumentar su temperatura cuando se le coloca en contacto con otro sistema a mayor temperatura, es decir cuando se calienta, o de disminuir su temperatura cuando se le enfría. Las variables que afectan la capacidad calorífica se encuentran la temperatura, la composición y estado de la sustancia, así como de sus impurezas. Bibliografía • Alonso, Rojo. (1986). Física. Mecánica y Termodinámica. México: AddisonWesley Iberoamericana. • Beltrán, Braun. (1974). Principios de Física. Curso Introductoria. México: Trillas...