- Resumen
- Marco
teórico - Objetivos
- Materiales y
equipos - Procedimiento
- Datos y
resultado - Preguntas
- Análisis de
Resultados - Bibliografía
En este laboratorio el
calor de
fusión del hielo lo determinaremos tomando un trozo de
hielo seco con una temperatura
inicial de y
vertiéndolo en el calorímetro (sistema compuesto
por un vaso de aluminio con
una masa determinada y agua con una
temperatura y una masa inicial determina; en un recipiente y con
tapa que actúan como aislante térmicos).
Después de que el hielo se derrite medimos la temperatura,
la cual será la temperatura de equilibrio y
medimos la masa del calorímetro con el agua y el
hielo derretido con estos datos y los
demás datos tomados con anticipación podremos
calcular las calorías necesarias para los diferentes
procesos al
igual que calcular el calor de fusión del
hielo.
En este laboratorio encontraremos el calor latente de
fusión del hielo. Cuando un sustancia cambia su
temperatura ocurre un cambio de
estado o de
fase. El cambio de fase de una sustancia tiene lugar a
temperaturas y presiones definidas. El paso de sólido a
gas se
denomina sublimación, de sólido a líquido
fusión, y de líquido a vapor vaporización.
Si la presión es
constante, estos procesos tienen lugar a una temperatura
constante. La cantidad de calor necesaria para producir un cambio
de fase se llama calor latente; Existen calores latentes
de sublimación, fusión y vaporización. El
calor que se absorbe sin cambiar la temperatura es el calor
latente.
Calor latente
Una sustancia suele experimentar un cambio en su
temperatura cuando se transfiere energía térmica
entre la sustancia y sus alrededores. sin embargo, hay
situaciones en las cuales la transferencia de energía
térmica no produce un cambio de temperatura. Este es el
caso siempre que las características tísicas de la
sustancia cambian de una forma a otra, lo que comúnmente
se conoce como un cambio de fase. Algunos cambios de fase comunes
son sólido a líquido (fusión),
líquido a gas (ebullición) y un cambio en la
estructura
cristalina de un sólido. Todos los cambios de fase
implican un cambio en la energía interna.
La energía térmica necesaria para cambiar
la fase de una masa dada, m, de una sustancia pura
es
Q = mL
Gráfica de una temperatura contra la energía
añadida cuando 1 g de hielo inicialmente a 30° C se
convierte en vapor
Donde L recibe el nombre de calor latente
(calor "oculto") de la sustancia4 y depende de la
naturaleza del
cambio de fase así como de las propiedades de la
sustancia. El calor latente de fusión,
Lf, es el término utilizado cuando el
cambio de fase es de sólido a líquido ("fusionarse"
significa fundirse, derretirse), y calor latente de
vaporización, Lv, se emplea cuando el
cambio de fase es de líquido a gas
- Reconocer el calor como una forma de
energía. - Ampliar el concepto de
conservación de la energía a procesos que
involucran transferencia de calor. - Determinar el calor de fusión del
hielo.
4. Materiales y
equipos
- Cuerpos sólidos cilíndricos diferentes
materiales (cobre,
hierro,
alumimio) - Agua (también puede usarse agua salada,
alcohol,
glicerina, etc.) - Recipiente con tubo de rebose.
- Beaker.
- Balanza de laboratorio.
- Calibrador pie de rey.
- Se Pesa el calorímetro en la
balanza - Se pesa el calorímetro con una cantidad de
agua conocida - Se Obtiene el peso del agua a través del
pasaje anterior - Se mide la temperatura inicial del
calorímetro y agua, es decir la misma temperatura
ambiente - Se mide la temperatura inicial a la cual se
encuentra el hielo - Se coloca la muestra de
hielo dentro del calorímetro - Se coloca el termómetro dentro del sistema
(agua-hielo-calorímetro) - Se mide la temperatura dentro del
calorímetro cuando el hielo se derrite - Se realizan todos los pasos anteriores con otra
muestra de hielo
Tabla 1
MUESTRA 1 | MUESTRA 2 | |
1. Masa del calorímetro | 0.073 Kg | 0.073 kg |
2. Masa del calorímetro con | 0.218 Kg | 0.17 kg |
3. Masa del agua | 0.146 Kg | 0.099 kg |
4. Masa del calorímetro con agua | 0.242 Kg | 0.194 kg |
5. Masa del hielo | 0.0247 kg | 0.023 kg |
6. Calor específico del | 900 J/kgºC | 900 J/kgºC |
7. Temperatura inicial del | 28ºC | 27.2 ºC |
8. Temperatura inicial del | 28ºC | 27.2 ºC |
9. Temperatura final del agua | 13,8ºC | 11.5 ºC |
10. Temperatura final del | 13.8ºC | 11.5 ºC |
11.Cambio de temperatura del agua y | -14.2ºC | -15.7ºC |
12. Calorías perdidas por el | -911.73 J | -1031.49J |
13. Calorías perdidas por el | -8703.38 J | -6506.3 J |
14. Total de calorías | 9615.11 J | 7537.8 J |
15.Calorías necesarias para elevar | 1427.99 J | 1121.64 J |
16. Calorías usadas para derretir el | 8187.12 J | 6416.16 J |
17. Calor de fusión del | 331189.5 J/kg | 275371.67 J/Kg |
18.Valor aceptado para el calor de | 334700 J/kg | 334700 J/kg |
19. Error | 3510 | 59328.33 |
20. Porcentaje de error. | 1.05% | 18% |
- ¿Un bloque grande de hielo a 0 oC
tiene más energía térmica que una tasa de
té caliente a 100 oC?. Explique. - Dos cucharas de la misma masa una de oro y otra
de vidrio
sumergidas en una tasa de café
caliente, alcanzarán una nueva temperatura de equilibrio
junto con el café. ¿Cuál cuchara
requerirá mayor cantidad de energía
térmica para alcanzar la temperatura de equilibrio?.
¿Porqué?. - ¿La evaporación como tal es un proceso
térmico de enfriamiento o de calentamiento?.
MUESTRA 1:
11.Cambio de temperatura del agua y del
calorimetro:
12.Calor perdido por el calorimetro :
(0,073Kg)(500J/KgºC).(-14.2ºC)=
-911.73J
13.Calor perdido por el agua
14.Total de calor perdido:
15.Calor necesario para elevar la temperatura del agua
resultante de la fusión del hielo hasta la temperatura de
equilibrio:
16.Calor usado para derretir el hielo:
17.Calor de Fusión del hielo:
19.Error(E):
Porcentaje de error:
Error relativo(R):
Error Porcentual(P):
MUESTRA 2:
11.Cambio de temperatura del agua y del
calorimetro:
12.Calor perdido por el calorimetro :
(0,073Kg)(500J/KgºC).(-15.7ºC)=
-1031,49J
13.Calor perdido por el agua
14.Total de calor perdido:
15.Calor necesario para elevar la temperatura del agua
resultante de la fusión del hielo hasta la temperatura de
equilibrio:
16.Calor usado para derretir el hielo:
17.Calor de Fusión del hielo:
19.Error(E):
Porcentaje de error:
Error relativo(R):
Error Porcentual(P):
- ANÁLISIS DE INCERTIDUMBRES
Debido a que en el proceso de pesaje se involucra tanto
el instrumento como la persona la
incertidumbre asociada a las masas será de 0.005
gramos ya que no podemos estar seguros que la
bascula estaba bien calibrada ni que en el momento de tomar la
medida el observador tuvo el suficiente cuidado al medir el
peso.
La incertidumbre asociada a la temperatura será
de 0.5
debido a los mismos motivos de la incertidumbre de las
masas.
La incertidumbre de el cambio de temperatura
es:
Como la masa del agua depende de la resta de la masa
del calorímetro con agua menos la del calorímetro
su incertidumbre será 0.16g
Al igual que la masa del agua, la masa del hielo fue
el resultado de la resta de la masa del calorímetro mas
agua mas el hilo derretido menos la masa del calorímetro
mas agua, entonces la incertidumbre asociada será
0.16g
Donde el Calor = es el calor ganado o perdido, la incertidumbre de la
masa,
M = la masa utilizada en el calculo, = la incertidumbre del
cambio de temperatura y = el cambio de temperatura. Como estas incertidumbres
son asociadas tanto como a la incertidumbre de la masa y de la
temperatura se puede observar que son un poco altas ya que la
medición de los calores requiere de otros
procesos tales como la medición de la masa y la
temperatura, entonces las incertidumbres en el experimento serian
mas altas.
El calor especifico del agua y el aluminio son tomados
como valores
verdaderos estos no tendrán una incertidumbre.
- Física Fundamental 1. Michael Valero.
Editorial Norma, Colombia.
1996. - Física Vol. I. La naturaleza de las cosas.
Susan M. Lea, John Robert Burke. Editorial international
Thomson. México 1999 - Física tomo I. Cuarta edición. Raymond A. Serway. Editorial
McGraw-HILL. México 1997 - Física. Elementos de Física. Sexta
edición. Edelvives. Editorial Luis Vives S.A. Barcelona
(España); 1933 - Física I, grado 10º. Eduardo Zalamea,
Roberto Paris E, Jairo Arbey Rodríguez. Educar Editores,
Bogota 1985 - Mecánica. ENOSA MA-1. Guía de
experiencias. Departamento de material didáctico de
ENOSA. José Luis Hernández; José Maria
Vaquero, Maria Jesús Carro, Carlos Parejo. - Guía
Presentado por:
Marcela Díez
Oscar Cruz
Oscar Guevara
Carolina Ospina
Presentado al Profesor:
Alberto Benavides
Presentación del laboratorio: 28 – 09 –
2001
Lugar donde se realizó práctica:
Laboratorio de Química de la
Pontificia Universidad
Javeriana seccional Cali 21- 09 – 2001