Resumen Utilizando el método de las mezclas del calorímetro se obtuvo el calor especifico de un grano comestible en este caso el frijol el valor obtenido es de 17.81J/g°C el error obtenido es del 32.97% Palabras claves: Calor específico, calorimetro, método de mezclas.
Abstract Using the method of the mixtures was obtained calorimeter a grain specific heat in this case edible bean is the value obtained 17.81J / g ° C the error is obtained 32.97% Keywords: Specific heat, calorimeter, method of mixtures.
INTRODUCCIÒN Cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de una unidad de masa de una sustancia en un grado. En el SI de unidades, el calor específico se expresa en julios por kilogramo y kelvin; en ocasiones también se expresa en calorías por gramo y grado centígrado. El calor específico del agua es una caloría por gramo y grado centígrado, es decir, hay que suministrar una caloría a un gramo de agua para elevar su temperatura en un grado centígrado. De acuerdo con la ley formulada por los químicos franceses Pierre Louis Dulong y Alexis Thérèse T hérèse Petit, para la mayoría de los elementos sólidos, el producto de su calor específico por su masa atómica es una cantidad aproximadamente constante. Si se expande un gas mientras se le suministra calor, hacen falta más calorías para aumentar su temperatura en un grado, porque parte de la energía suministrada se consume en el trabajo de expansión. Por eso, el calor específico a presión
constante es mayor que el específico a volumen constante
calor
1. MARCO TEORÌCO Calorimetría adiabática Consiste en evitar transferencia de calor desde el recipiente donde se introduce la muestra, a un recipiente exterior que rodea el anterior. Las otras técnicas calorimétricas pueden presentar diferentes problemas a la hora de realizar un experimento por eso en este trabajo se seleccionó un calorímetro que opere bajo los principios de la calorimetría adiabática para la determinación de capacidad calorífica de fluidos. En este calorímetro la temperatura del escudo se mantiene lo más cerca posible a la temperatura de la celda para evitar la transferencia de calor, es decir establecer condiciones adiabáticas .Un calorímetro adiabático se acerca al modelo ideal mejorando la exactitud ya que minimiza la diferencia de temperatura entre el calorímetro y sus alrededores, minimiza los coeficientes de transferencia de calor y minimiza el tiempo para el intercambio de calor. El
problema que se puede presentar es la determinación de las pérdidas de energía por fugas de calor.
Método de mezclas Este aparato tiene la característica ya descripta y ha sido denominado impropiamente calorímetro de agua. Las determinaciones se efectúan a intervalos de temperaturas próximas a la temperatura del medioambiente; y se supone que el calor específico del agua es constante e igual a la unidad. El método consiste en introducir en el calorímetro una cantidad conocida de agua, a una temperatura determinada, y luego colocar dentro de ella cierta masa de la sustancia cuyo calor específico se desea conocer y a una temperatura superior conocida. Se mide la elevación de temperatura del agua, hasta que alcance el equilibrio térmico con la sustancia problema. Si llamamos M1 a la masa del agua, t 1 a su temperatura inicial que es la misma del calorímetro; M t, Ma Mp las masas del termómetro, agitador y paredes del calorímetro cuyos calores específico son respectivamente c t , ca y cp ; m2 la masa de la sustancia cuyo calor específico c2 se desea conocer y que se introduce a temperatura t 2; y por último t a la temperatura de equilibrio, siendo t 2 > t > t1; de acuerdo a la definición de calor específico, medio, el calor cedido por la sustancia problema será:
agitador: siendo el calor específico del agua igual a 1). Q1 = (M1 + Mt .ct + Ma .ca + Mp .cp) . (t - t 1) (2) Como los cuerpos forman parte de un sistema aislado y solo intercambian calor, deberá ser: Q 1 = Q2; además, de acuerdo a la definición de equivalente en agua K = Mt .ct + Ma .ca + Mp .cp En consecuencia M2 .c2 (t2 − t) = (M1 + K) (t − t1) De donde
Esta expresión permite calcular el calor específico medio de la sustancia entre las temperaturas t 2 y t. Para determinar el calor especifico de un sólido se emplea un aparato llamado calorímetro de mezclas consta de un deposito dentro del cual va un vaso que puede ser un vaso Dewar y que el conjunto esta aislado del exterior. El aparato va provisto de un termómetro y un agitador 3.
2. PARTE EXPERIMENTAL 2.1.
Materiales y equipos
Q2 = M2.c2.(t2 − t) (1) Y el calor absorbido por el agua, las paredes del calorímetro, el termómetro y
( )
Vaso de precipitación Calorímetro Embudo Termómetro Varilla de agitación Cronómetro
2.2.
Sustancias y reactivos
Agua destilada (H2O) Granos comestibles (arvejas))
2.3.
Procedimiento
Determinación del calor específico de granos comestibles
Pesar una cantidad (m G) de granos comestibles de calor específico (c G) desconocido, que se encuentren a temperatura ambiente (T G).
Realizar la experiencia por duplicado utilizando la misma cantidad de granos comestibles.
3. Datos Nomenclatura T=Temperatura ma=Masa del agua mg=Masa del grano mm= Masa Metal Cp=calor especifico del agua Cg =calor especifico del grano t = tiempo K= equivalente térmico del Calorímetro Te = temperatura de equilibrio
Medir la temperatura de los granos cada 30 segundos durante cinco minutos (deberá ser la temperatura ambiente). Paralelamente colocar una masa conocida de agua en el calorímetro (m2) a 10°C por debajo de la temperatura ambiente (T 3), agitar lenta y Laboratorio de Termodinámica constantemente. Medir la temperatura cada 30 segundos durante cinco minutos.
3.1.
Colocar mG en el calorímetro, agitar lenta y constantemente. Medir la temperatura de equilibrio (T e) cada 30 segundos durante cinco minutos.
ms = masa del sólido.
Datos experimentales
t(s) n
T2
Ensayo 1 T1
T2
Ensayo 2 T1
0
23
82
22
84
60
23
77
46,8
22
81
45,7
120
23
74
46,5
22
77
45,4
180
23
70
46,2
22
74
45,2
240
23
68
46,2
22
70
45,2
300
23
66
46,2
22
68
45,2
Promedio
23
72,8
46,4
22,0
75,7
45,3
Te Mezcla
Te Mezcla
Tabla 1. Temp eraturas d e agua c aliente, frí a y m ezcla en fu nci ón del tiem po
n
ma1 (g)
ma2 (g)
1
100,10
107,27
2
106,32
100,08
Tabla 2. Masa de agua utili zada para cada medic ión Determin ación d el calo r específico del s ólido
t(s) n
Ts°C
Ensayo 1 T2°C
Ts°C
Ensayo 2 T2°C
0
95,6
26,1
94,3
25,5
30
94,1
26,1
33,4
92,1
25,5
35,6
60
92,9
26
26,7
90,8
25,4
28,2
90
92,4
26
26,7
91,3
25,4
27,6
120
90,3
26
26,7
90,2
25,4
27,6
150
88,9
26
26,7
88,7
25,4
27,6
180
85,6
26
26,7
88,4
25,4
27,6
210
84,4
26
26,8
87,5
25,4
27,6
240
82,6
26
26,8
87
25,4
27,6
270
80,8
26
26,8
86,4
25,4
27,6
300
79,4
26
26,8
85,8
25,4
27,6
Promedio
87,91
26,02
27,41
89,32
25,42
28,46
Te Mezcla
Te Mezcla
Tabla 3. Temp eraturas d e material s ólido c aliente, agua fr ía y m ezcla en fu nción del tiempo
n
ms (g)
m2 (g)
1
6,05
108,23
2
6,04
101,13
Tabla 4. Masa de material sólido y agua utilizados para cada medi ción
Tfrijol
Tagua fria
Tmezcla
t(s)
mg1 T(°C)
mg2 T(°C)
ma1 T(°C)
ma2 T(°C)
1 T(°C)
2 T(°C)
30 60 90 120 150 180
26,2 26,2 26,2 26,1 26,2 26,2
26,1 26,2 26,1 26,1 26,1 26,2
16,3 16,5 16,4 16,5 16,8 16,8
16 16,1 16,2 16,3 16,4 16,9
17,2 17,2 17,3 17,4 17,7 17,7
17,6 17,7 17,9 17,9 18,2 18,5
210 26,1 240 26,2 270 26,2 300 26,2 Tabla 5 Temperatu ras de los granos d e frijol .
n
26,1 16,9 26,1 16,9 26,2 17,2 26,1 17,2 agua fría, caliente y de
mg
17 17,9 18,7 17,3 17,9 18,8 17,5 18,2 18,9 17,6 18,2 19,1 la mezcl a en func ión del tiemp o de
ma
1 10,08 229,57 2 10,21 188,57 Tabla 6 Masa de grano com estibles y agua utilizados para cada medición .
3.2.
Datos adicio nales
Determinación del calor específico del sólido
Capacidad calorífica del agua 1cal/g°C Capacidad calorífica del grano 13.39 J/g°C1
4. Cálculos Determinación del equivalente en agua del calorímetro Como el calorímetro es un sistema adiabáticamente aislado tendremos que
Qg
Con los datos de las tablas 3 y 4 se calcula el calor específico del solido aplicados a la ecuación 2.
Con los datos de las tablas 1 y 2 se calcula el valor de la constante del calorímetro aplicados a la ecuación 1.
Ecuación 2
Q p
Ecuación 1
̅
Determinación del calor específico de granos comestibles
( ) Ecuación 3
Con los datos de las tablas 5 y 6 se calcula el valor de la constante del calorímetro aplicados a la ecuación 3.
La práctica estaba supeditada a este tipo de errores debido a la pérdida de calor hacia el ambiente por el calorímetro en el momento que se realizan las mezclas en los diferentes ensayos. Se tiene una gran aleatoriedad por el número de personas que intervinieron en los ensayos ya que cada grupo realizo un experimento con equipos diferentes.
̅ 5. Errores Errores cuantitativos Calculo del error de exactitud El Valor teórico de calorífica de los granos 13,39 J/gºC
la capacidad de frijol es de
Ecuación 4
Errores cualitativos Errores cualitativos en esta práctica son casi nulos debido que se utilizaron instrumentos digitales y los cambios no estaban supeditados a observaciones de color ni precipitación.
Errores Sistemáticos Incertidumbre de los instrumentos de medición Gramera de ± 0,01 g Termómetro ± 0,1 °C Cronometro ± 0,1 s
Errores aleatorios
6. Resultados n Cg 1 13,6799234 2 21,9493866 Promedio 17,814655 Tabla4 tabla de resultados del calor especifico del grano
Error =32.97% 7. Discusión Se presentó un error muy grande para el cálculo del calor específico del grano tuvimos un error del 32.97% lo cual es bastante considerable para el cálculo se recomienda una revisión de los instrumentos medidos y tener más precaución a la hora de desarrollar la práctica para reducir este error.
8. Conclusiones.
Se determinó el calor especifico del grano de frijol utilizando el método de las mezclas con el calorímetro el cual arrojo un error de 32.97% y el dato obtenido fue de 17.81 J/g°C.
9. Referencias
1
Almacenamiento comercial de frutas, legumbres y existencias de floristerías y viveros, edición 1 en 1988, servicio editorial del instituto interamericano de
cooperación para la agricultura.
3
Química orgánica de Raymond chang, pagina 210
10. Anexos.
10.1. Demerson foto del montaje