Reporte practica_5

8/3/2019 Reporte practica_5

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Universidad Nacional Autónoma de MéxicoPRACTICA No. 5 CALOR ESPECÍFICO Y CAMBIOS DE FASE

GPO. TEORIA: 1353 GPO. LAB.: TD-041

Facultad de Estudios Superiores

Plantel Aragón

Ingeniería Mecánica

Laboratorio de Termodinámica

Práctica No. 5

"CALOR ESPECIFICO Y CAMBIOS DE FASE”

Nombre del alumno: Valdespino Guerrero Dayra Edna

Zarco Jara Carlos Daniel

Grupo: martes 17:30-19:00

Fecha de realización: 4/10/2011

Fecha de entrega: 11/10/2011





Reporte de la Práctica

Objetivo.............................................................................. 3Actividades......................................................................... 3

Material y/o equipo........................................................... 3

Sustancias........................................................................... 4

Aspectos Teóricos............................................................ 4

Desarrollo de la Práctica................................................. 6Tabla de Lecturas............................................................. 11

Memoria de Cálculos (detallado)................................... 12

Tabla de Resultados......................................................... 17

Conclusiones ...................................................................... 18

Serie.................................................................................... 19

Cuestionario....................................................................... 20

Bibliografía ........................................................................ 22





OBJETIVO:Comprender y aplicar el concepto de calor específico, equivalente mecánico decalor y entalpía de vaporización.

Actividades

1.Determinar el calor específico de un metal.2.Calcular el equivalente mecánico de calor.3.Calcular la entalpía de vaporización.

Material y/o equipo

1 Parrilla eléctrica de 750W.1 Cronómetro1 Calorímetro (recipiente de aluminio)2 Termómetros1 Vaso de precipitado de 250 ml1 Vaso de precipitado de 500 ml1 Balanza granataria.

1 Multímetro1 Pesa de 1 Kg.1 Pesa de 1/2 % Kg.1 Guante de asbesto1 Agitador de vidrio1 Cubo de metal1 Cafetera (opcional)1 pinzas de sujeción1 Resistencia de inmersión





Sustancias Agua potable

Aspectos Teóricos

Antecedentes.-Las observaciones de los fenómenos en que intervenían latemperatura, como el calentamiento y el enfriamiento de los cuerpos, secuantificaron mediante la definición de calor.

En el siglo' XVII Joseph Black, estableció que había fenómenos en la mismanaturaleza de los considerados como "calor", pero que no se manifestaban enuna variación en la temperatura del sistema. Por lo que a partir de estasobservaciones se definen dos tipos de calor: el sensible y el latente.

A principios de siglo XIX se especula con la idea de que e! calor no era sino unamanifestación de los fenómenos mecánicos. En aquellos días, muchos científicosconsideraban que el calor y los fenómenos mecánicos eran manifestacionestotalmente diferentes e independientes.

Joule realizó el experimento que arrojó resultados cuantitativos y objetivospara demostrar que siempre que se realiza una cierta cantidad de trabajo seproduce una cierta cantidad equivalente de calor, el cual se demuestra por

cada joule de trabajo se producen 0.24 calorías y que cuando una caloría deenergía térmica se transforma en trabajo se obtienen 4.2 Joules. Por tanto:

1 cal = 4.2 J1 Joule = 0.24 Cal.

y apoyado por William Thornson, publica sus resultados, los quecondujeron eventualmente al enunciado del postulado general de laconservación de la energía, conocido actualmente como la Primera

Ley de la Termodinámica.Calor Específico (C).- De una sustancia es igual a la capacidad calorífica dedicha sustancia entre su masa:





Ce =

Como ya se dijo, el C; de una sustancia se define como la cantidad de calor

necesaria para elevar en un grado la temperatura de una masa unitaria de lasustancia.

El C; es como una inercia térmica, ya que representa la resistencia que unasustancia opone a los cambios de temperatura, por lo tanto está en función dela temperatura y la presión.

Equivalente Mecánico del Calor.- Es la conversión de la energía mecánica entérmica, debido al calentamiento causado por la fricción de las moléculas.

Cambio de Fase.- Un cambio de fase es cuando la materia pasa de un estado aotro, la fase de la materia depende de su temperatura y de la presión que seejerce sobre ella. En los cambios de fase se produce normalmente-unatransferencia de energía.

a) Evaporación.- Cambio de fase de líquido a gas que se lleva a cabo en lasuperficie del líquido; este cambio de fase sucede en un proceso decalentamiento.b) Condensación. - Es la transformación de un gas a líquido; este cambio de

fase sucede en un proceso de enfriamiento.c) Ebullición.- Es el cambio de fase que ocurre en cualquier región del líquido

y se forman burbujas de gas.

Calor Latente de Vaporización.- Es la cantidad de calor que se requiere paracambiar 1 gr de líquido en ebullición a 1 gr de vapor, manteniendo constante latemperatura.

Calor Sensible.- Es aquel que al ser suministrado a una sustancia, ésta eleva su

temperatura





Desarrollo de la Práctica

Actividad 1: CALOR ESPECIFICO DE UN SÓLIDO

1. Calibrar la balanza.

2. Medir la masa del calorímetro, anotar su valor en la tabla 5.1A.

3. Verter en el calorímetro aproximadamente 1/3 de agua fría,determinar su masa y su temperatura. Anotarlas en la tabla 5.1A.

4. Determinar la masa del metal. Anotar su valor en la tabla 5.1A.

5. En un vaso de precipitado, verter aproximadamente 200 ml deagua.

6. Introducir el metal en el vaso de precipitado.

7. Colocar el vaso en la parrilla. Conectar a la toma de corriente

8. Introducir el termómetro en el vaso para medir la temperaturade ebullición. Anotar el valor en la tabla 5.1A. (Está es

considerada como la temperatura inicial del metal "T 1M").

9. Una vez que el agua este hirviendo, con las pinzas sacar eltrozo del metal e introducirlo en el calorímetro.

10. Medir la temperatura máxima que alcanza el agua en elcalorímetro (T 2H20). Anotar el valor en la tabla 5.1A. (Esta esconsiderada como la temperatura que se alcanza en el equilibriotermodinámico entre el metal y el agua)





El calor específico se determina con un balance térmico:U M + U H2O = 0

DONDE:

U M = la energía cedida por el metal (cal)UH20 = la energía absorbida por el agua (cal)

U M = mm CeM (T ₂M – T 1M)U H2O = m H2O Ce H2O (T 2 H2O – T 1 H2O)

Dónde:

mm = masa del metal (gr)

mH20 = masa del agua (gr)CeH20 = Calor específico del agua (Cal/grOC)CeM = Calor específico del metal (Cal/grOC)T 2M = temperatura final del metal (OC)T 1M = temperatura inicial del metal (Oe)T 2H20 = temperatura final del agua (Oe)T 1H20 = temperatura inicial del agua (Oe)

Sustituyendo en la ecuación anterior:





Despejando C, del metal, tenemos:

Nota: el Ce es positivo, ya que T M1 > T 2H2O

Anotar el resultado en la tabla 5.1B

ACTIVIDAD 2: EQIVALENTE MECANICO DE CALORRealizar los cálculos necesarios para obtener el equivalente mecánico de lacantidad de calor utilizado en la práctica.

Anotar los resultados en la tabla 5.2 B

ACTIVIDAD 3: ENTALPIA DE EVAPORACIÓN

1. Medir la resistencia de la resistencia de inmersión y el voltaje delínea. Anotar el valor en la tabla 5.2A

2. Verter 2/3 de agua en el calorímetro o en la cafetera

3. Determinar la masa del agua, restándole la masa de la cafetera.Anotar su valor en la Tabla 5.2A

4. Conectar la resistencia de inmersión a la toma de corriente.

5. Con el agitador de vidrio, mezclar continuamente para alcanzar

una temperatura uniforme dentro del calorímetro o la cafetera.6. Esperar a que el agua alcance su temperatura de ebullición (92°Caprox.). En ese momento, cronometrar el tiempo en un lapso de5min., para que se- consuma parte del agua.





7. Desconectar la cafetera y colocarla en la balanza, medir la masadel agua que se evaporo, (restando la masa inicial del agua fría con

la masa final del agua caliente). Anótate en la tabla 5.3A

mvH2O = m₁H2O - m₂H2O

Para determinar el calor que se requiere para evaporar el agua, seusa el modelo:

Qv =mvhv

Donde:Qv = Calor de vaporización (ioules)mv = masa de vaporización (gr)hv = Entalpía de vaporización (joule/gr)

La potencia eléctrica de la resistencia:

Potencia calorífica suministrada al agua





Donde:

P= potencia de la resistencia (watts)R= reaiatencia de la parrilla (Ω)

V= voltaje de linea (volts)

Q= calor (J)

t = tiempo que tarda en evaporarse la masa de agua (seg)

Por lo tanto:

y si:

Qv =mvhvDespejando:

Anotar resultados en la tabla 5.3B.





TABLAS DE LECTURAS

CONCEPTO SIMBOLO UNIDAD LECTURA

MASA DEL CALORIMETRO m calorimetro gr 90MASA DEL AGUA m H2O gr 410

TEMPERATURA INICIAL DEL AGUA T 1H2O °C 28

MASA DEL METAL m M1 gr 244

TEMPERATURA INICIAL DEL METAL T M1 °C 93

TEMPERATURA FINAL DEL AGUA T2 H2O °C 31

TEMPERATURA FINAL DEL METAL T m2 °C 31

TABLA 5.1A

CONCEPTO SIMBOLO UNIDAD LECTURA

RESISTENCIA DE INMERSION R Ω 29.4

VOLTAJE DE LINEA V V 125.5

MASA INICIAL DEL AGUA m1 gr 1440.5

MASA FINAL DEL AGUA m2 gr 1374.6

MASA DEL VAPOR mv gr 65.9

TIEMPO DE VAPORIZACION t seg 300

TABLA 5.2A





MEMORIA DE CALCULOMEMORÍA DE CÁLCULO

Por lo tanto:

a)

Despejando a , obtenemos:

Ahora, analizando los valores (obtenidos en la práctica) en la ecuación paraobtener el valor de :





De igual forma obtenemos

……(Joules)

Por lo tanto, una vez analizados los valores obtenidos en la práctica,obtenemos que es igual a:

Ω

b) Por último, para obtener la entalpía utilizamos la siguiente

ecuación:

Ahora lo que procede es evaluar los resultados para obtener el valor de :





Así obtenemos:

1. Calor específico del metal:

2. Calor de vaporización:

3. Entalpía de vaporización:

CONVERSIONES

Por lo que





Y

Para :

Por lo que

Y

Para





Por lo que

Y





Tabla de Resultados

KJ/Kg°K cal/gr°C BTU/Lb°F

CALOR ESPECIFICO DEL METAL CeM 0.3401 0.0813 0.0812

CONCEPTO SIMBOLO

UNIDADES

TABLA 5.1B

UNIDADES

J Cal BTUEQUIVALENTE MECANICODEL CALOR

SIMBOLOCONCEPTO

TABLA 5.2B

JOULES Cal BTU

CALOR DE EVAPORIZACION Qv 160716.8367 38412.2282 152.3301

J/gr Cal/gr BTU/lbENTALPIA DE EVAPORIZACION hv 2438.7987 2.8875 1048.4956

TABLA 5.3

CONCEPTO

UNIDADES

SIMBOLO

SIMBOLO

UNIDADES





Conclusiones

Que con el paso del tiempo y la experiencia que vamos obteniendo en cada

relizacion de las practicas, nuestro margen de error cada vez vadisminuyendo, devido a que cada vez comentemos una cantidad de erroresmenores a la practica anterior.

Lo que note que aun nos cuesta trabajo es que a pesar de que empezamosa tener experiencia, aun cometemos errores, como por ejemplo en elsimple hecho de calibrar la balanza, en este sencillo procedimiento auntenemos pequeñas fallas, otra de ellas es cuando realizamos la medicion dela masa de algun objeto, a pesar de que lo hemos hecho en casi todas las

practicas anteriores, aun cuesta trabajo realizar este procedimiento yaque lo hacemos de una manera muy lenta, por lo que nos tardamos muchoen medir su masa.

El otro error es a la hora de realizar la lectura de la temperatura, ya queinfluye mucho el angulo que tenga el termometro, ya que dependiendo delangulo que tenga este es el valor que se observa.

Gracias a las practicas realizadas y a los calculos hechos para obtener losresultados, hemos puesto en practica y llegado a dominar las conversiones,ademas de dominar el manejo de unidades ya que estas son fundamentalesen las formulas a utilizar.





Serie

1.Un vaso contiene 150 gr de un refresco (esencialmente agua) a 20.0°C. Se

añade un cubo de hielo de 10 gr a QOC. Si ignoramos la trasferencia al vaso yal ambiente. ¿Cuál sería la temperatura final una vez que se alcanza elequilibrio?

Sol. 13.7 °C

2.En un día en particular, la temperatura es de 24°C y la humedad relativa es60%. ¿Cuál es el punto de rocío en ese día? ¿Será posible que en el exterior deun vaso que contiene refresco frío se formen gotas de agua?

801.12.9 91m3

3.Una locomotora tiene una potencia 632 C.V. Y mantiene un tren a velocidadconstante y en una vía horizontal por espacio de 5 min.; se requiere saber elcalor desarrollado por la locomotora, en el supuesto caso de que toda laenergía se transforme en calor.

Sol. 33,400 Kcal





Cuestionario

1)Explicar los estados de la materia y sus cambios, investigar que tipo de calormanejan.-Solido.- los materiales se presentan como cuerpos de forma compacta yprecisa; y sus átomos a menudo se entrelazan formando estructuras cristalinasdefinidas, lo que les confiere la capacidad de soportar fuerzas sin deformaciónaparente.-Liquido.- Si se incrementa la temperatura el sólido va perdiendo forma hastadesaparecer la estructura cristalina, alcanzando el estado líquido.Característica principal: la capacidad de fluir y adaptarse a la forma delrecipiente que lo contiene.-Gaseoso.- Incrementando aún más la temperatura se alcanza el estadogaseoso. Las moléculas del gas se encuentran prácticamente libres, de modoque son capaces de distribuirse por todo el espacio en el cual son contenidos.-Plasma.- El plasma es un gas ionizado, es decir que los átomos que lo componense han separado de algunos de sus electrones. De esta forma el plasma es unestado parecido al gas pero compuesto por aniones y cationes (iones con carganegativa y positiva, respectivamente), separados entre sí y libres, por eso esun excelente conductor. Un ejemplo muy claro es el Sol.

2)Demostrar mediante la Primera Ley de la termodinámica la relación existenteentre los Calores Específicos y la constante particular de los gases.

3)¿Porqué causa más daño una quemadura con vapor de agua que una quemaduracon agua hirviendo?

Porque la temperatura del vapor es mucho mayor que el agua hirviendo.

4)¿Qué significa afirmar que un material tiene una capacidad ca!orífica grandeo pequeña?

Es la cantidad de energia necesaria para elevar su temperatura 1°, estosignifica que si es grande se necesitara mas energia y lo contrario si espequeña.

http://es.wikipedia.org/wiki/Ani%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/wiki/Cati%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/wiki/Ion

http://es.wikipedia.org/wiki/Sol

http://es.wikipedia.org/wiki/Sol

http://es.wikipedia.org/wiki/Ion

http://es.wikipedia.org/wiki/Cati%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/wiki/Ani%C3%B3n





5)¿Por qué los lagos y estanques se congelan de arriba hacia aba jo y no de

abajo hacia arriba?

Porque la superficie del lago o estanque estan en contacto con el ambiente porlo que esta se congela, cuando alcanza su maxima densidad que es a los 4°C laparte superior se congela y la parte liquida sigue conservando ese estado.

6) Investigar tres formas de transmisión de calor.

Conduccion, Radiacion, Conveccion.

7)Determinar el error porcentual, error relativo y error absoluto de estapráctica.

8)¿Qué tipos de errores se cometieron al efectuar la práctica, y cómo podríasevitarlos?

Se cometieron muchos tipos de errores para empezar no se calibro bien la

balanza. Todo este se debe a la mala organizacion que tenemos.




Bibliografía (al menos 3 direcciones URL y 3 libros)

http://platea.pntic.mec.es/pmarti1/educacion/3_eso_materiales/b_i/conceptos/conceptos_bloque_1_3.htm http://es.wikipedia.org/wiki/Estado_de_agregaci%C3%B3n_de_la_ma

teria http://es.wikipedia.org/wiki/Constante_universal_de_los_gases_ideal

es M. Burghart, INGENIERIA TEMODINAMICA, Ed. Harla, Mexico

1984.

Salvador Mosqueira R., FISICA GENERAL, Ed. Patria, Mexico,1981.

Resnick, Halliday, FISICA GENERAL, Ed. C.E.C.S.A. Mexico,1979.

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