ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DEL LITORAL FACULTAD DE CIENCIAS NATURALES Y MATEMÁTICAS DEPARTAMENTO DE CIENCIAS FÍSICAS
Calor Latente Introducción: Las sustancias en la naturaleza tienen diferentes comportamientos cuando son sometidos a cambios de temperatura, se conoce por ejemplo que al elevar la temperatura de un metal, este se expande. Así mismo el proceso en el que una sustancia pasa del estado sólido al estado líquido requiera de una cantidad de energía determinada, esta cantidad de energía recibe el nombre de Calor latente de fusión.
Realización de la práctica El estudiante debe, identificar el problema a resolver, repasar los fundamentos teóricos en los que se basará la práctica, conocer las características más importantes de los instrumentos a utilizar en la práctica, tener claridad sobre el procedimiento experimental que se utilizará e identificar cuáles son la variables que se van a medir de manera directa e indirecta.
Problema a resolver: Calcular experimentalmente el calor latente de fusión del hielo y el calor latente de condensación del agua sin termómetro y sin balanza. Base teórica: Se sabe que, generalmente, la materia puede existir en estado o fase: sólido, líquido o gaseoso. Los cambios de un estado a otro van acompañados de absorción o desprendimiento de calor, pero la temperatura se mantiene constante. Son profundas alteraciones de las fuerzas moleculares. En la fusión se altera la regularidad de la conformación cristalina del sólido. En la vaporización, las fuerzas moleculares se red ucen a cero. Así, se puede pued e definir: El calor de transformación o latente L , como la cantidad de calor necesaria para cambiar el estado de un cuerpo, dividida por la masa del cuerpo; es decir:
L
Q
m
(cal/g)
Esta definición es válida para los calores de fusión, congelación, vaporización, condensación y sublimación. Las temperaturas a las cuales ocurren los cambios de estado se llaman puntos de fusión o congelación, puntos de ebullición o condensación, etc.
Los calores de transformaciones, los puntos de fusión y ebullición dependen de la presión. No se debe olvidar que de la definición de L se deduce el calor que recibe un cuerpo de masa m, cuando se funde totalmente. Q = mL
Equipos y materiales a utilizarse: Una lata pequeña* Hielo* Jeringa* Reverbero Generador de vapor Agua Nota: Los materiales marcados con * deben ser traídos por cada estudiante.
Procedimiento:
a) Medición del calor de fusión del hielo Para este y el siguiente experimento, se debe congelar una lata medio llena de agua y llevarla al laboratorio en el momento de la práctica. Es responsabilidad de cada estudiante lograr este cometido. En el laboratorio se debe de poner a hervir agua (temperatura t de 92 a 100ºC). Con una jeringa retirar una cantidad de masa M de agua hirviendo y verterla dentro de la lata con hielo, como se muestra en la figura 1 (antes de esta operación vaciar toda el agua que haya).
Figura. 1
Después de algunos segundos, verter el agua que hay en la lata en un recipiente y medir su volumen (con la jeringa), lo que nos da la masa total M’. Por tanto, la masa de hielo fundido es m = M’ – M. Si L es el calor de fusión del hielo, se tiene:
M (t – 0) = m L
b) Medición del calor de condensación del agua Poner a hervir el agua del generador. Cuando haya abundancia de vapor (temperatura t de 92 a 100ºC), colocar el extremo del tubo dentro de una lata vacía, situada en agua fría, y empezar a cronometrar. Después de cierto tiempo (1 minuto, por ejemplo) se retira el tubo y con una jeringa se mide el volumen del agua de masa M (figura 2).
Figura. 2 Colocar el tubo de vapor dentro de la lata con hielo (antes de esta operación vaciar toda el agua que haya) y esperar el mismo tiempo anterior (esto nos garantiza la misma cantidad de vapor) (figura 3).
Figura 3 Después de algunos segundos, verter toda el agua en un recipiente y medir su volumen, de masa M’. La masa de hielo fundido es, por tanto, m = M’ – M. Si L es el calor latente de condensación, se tiene:
ML + M(t – 0) = m 80
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Calor Latente REPORTE DE DATOS Y RESULTADOS Apellidos:___________________________Nombres:_______________________ Par:______ Variable evaluada Prueba de entrada Desempeño en clase Informe Técnico Pruebe de salida TOTAL
1. Observaciones y datos. a) Medición del calor de fusión del hielo. a1) Complete la tabla de datos mostrada. M M’
m a2) Obtenga el calor de fusión del hielo.
b) Medición del calor de condensación del agua
Calificación
b1) Complete la tabla de datos mostrada M M’
m b2) Obtenga el calor de condensación del agua.
2. Análisis a) Encuentre la diferencia relativa entre el valor teórico y el valor experimental del calor de fusión del hielo. Utilice la diferencia % = (Teo – Exp)(100%)/Teo.
b) Encuentre la diferencia relativa entre el valor teórico y el valor experimental del calor de condensación del agua. Utilice la diferencia % = (Teo – Exp)(100%)/Teo.
c) ¿Qué es más probable, que provoque una seria quemadura: agua líquida a 100ºC o una masa igual de vapor a 100ºC? Explique.
Preguntas para prueba de entrada 1.- ¿Qué es calor latente de fusión? 2.- ¿Cuál es la diferencia entre calor latente de fusión y de vaporización? 3.- ¿De qué variables depende el calor latente? 4.- ¿En qué unidades se mide el calor latente? 5.- ¿Cómo se llama el paso del estado sólido al estado líquido? 6.- ¿Cómo se llama el paso del estado líquido al estado gaseoso?
Preguntas para prueba de salida 1.- ¿Una sustancia puede pasar del estado sólido al gaseoso sin pasar por estado líquido?, en caso de ser afirmativa la respuesta, ¿Cuáles serían las condiciones? 2.- ¿De qué variables depende el calor latente? 3.- ¿El calor de fusión requerido para cambiar de estado 2kg de agua es el doble del que se requiere para cambiar de estado 1kg de agua? Explique.
