Detrminacion Termica

TECNOLÓGICO DE ESTUDIOS SUPERIORES DE ECATEPEC DIVISIÓN DE INGENIERÍA QUÍMICA Y BIOQUÍMICA ASIGNATURA:

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PRÁCTICA No. ___1____ DETERMINACION DE LA CAPACIDAD TERMICA ESPECÍFICA

I.- RELACIÓN DE CONOCIMIENTOS: Conocimientos requeridos

Conocimientos por adquirir Determinación de la capacidad térmica especifica.

II.- OBJETIVO: Medir la capacidad térmica especifica de un líquido mediante el método calorimétrico. III.- HIPÓTESIS:

V.- INTRODUCCIÓN: La función entalpía es particularmente útil como una medida de la energía que acompaña tanto a las reacciones químicas como a los procesos en general, a presión constante. No obstante, es deseable disponer de una función que describa la dependencia de la entalpía con la temperatura a presión constante. Esta función es la capacidad térmica. Por otra parte, las sustancias difiere entre si en la cantidad de energía que se necesita para producir, a una masa dada, un determinado aumento en su temperatura.

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Necesaria para elevar la temperatura de un sistema es proporcional necesaria para elevar la temperatura de un sistema es proporcional a la variación de temperatura y a la masa de la sustancia. Q = CΔT = mcΔT

(1)

Donde C es la capacidad térmica de la sustancia. La capacidad térmica específica c es la capacidad térmica por unidad de masa.

c=C/m

(2)

A partir de la ecuación (1) y en el límite infinitesimal se tiene que: C = lim Q / ΔT = dQ / dT (3) ΔT---- 0 La capacidad térmica solo tiene un valor definido para un proceso dado; en el caso de un sistema hidrostático a presión constante la expresión. dQ / dT Tiene un valor único. En esta condición a c se le denomina capacidad térmica a presión constante, Cp, por tanto: Cp = (dQ / dT) P

(4)

VI.- EXPERIMENTO: MATERIAL DE LABORATORIO: No

Material Frasco Dewar calorímetro agitador amperio cronometro

Cantidad

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REACTIVOS: No

Características Agua destilada

Cantidad 250 gr.

EQUIPO DE LABORATORIO: No

Características

Cantidad

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METODOLOGÍA: La idealización del dispositivo experimental requiere de un sistema cerrado que no pierda energía a través de sus fronteras, es decir que tenga paredes adiabáticas. También es sumamente importante una muy buena agitación, de manera que, para un tiempo dado, la temperatura en cualquier punto del sistema sea la misma; pero la temperatura deberá aumentar con el tiempo. Estos requisitos los reúna la bomba calorimétrica. Ahora, mediante el balance de energía se postula que la energía disipada por la resistencia eléctrica provoca el aumento en la temperatura de la sustancia problema y del calorímetro; matemáticamente se representa por: QR =QS + QC. (5) Donde QR es la energía que se disipa en la resistencia y esta dada por el producto del voltaje V, la intensidad de corriente eléctrica I y el tiempo t durante el cual circula la corriente por la resistencia será: QR = VIt

(6)

El calor absorbido por la sustancia y el calorímetro es: QS + QE = ms Cps (Tf – Ti) + mc Cpc (Tf + Ti)

(7)

Donde ms y mc son las masas de la sustancia problema y del calorímetro respectivamente, Cps y Cpc son la capacidad térmica de la sustancia en cuestión y del calorímetro respectivamente, T es la temperatura inicial y Tf es la temperatura final del experimento. Al producto mc Cpc se le conoce como constante del calorímetro y se acostumbre designar por K. de modo que la ecuación (5) se rescribe de la siguiente manera: VIT = ms Cps (Tf – Ti) + K (Tf – Ti)

(8)

Pero esta ecuación dos incógnitas: la capacidad térmica de la sustancia problema y la constante del calorímetro. De modo que se requiere la calibración del calorímetro para conocer el valor de K; para lo cual se usara agua porque es un líquido del cual su Cp se conoce. Unas ves hechas la

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Calibración, entonces se procede a determinar la capacidad térmica de la sustancia problema.

PROCEDIMIENTO. A) Calibración del calorímetro. 1) 2) 3) 4)

Monte el sistema experimental como se muestra en la figura anterior.. Pese 250 g de agua destilada, magua y viértalos en el Dewar. Coloque la barra magnética en el Dewar y comience la agitación. Tome cada 30 segundos la temperatura hasta completar 6 lecturas y que su valor no varié; anote el valor constante T1i. 5) Fije el valor de la intensidad de corriente I1, en el I Amperio y comience a tomar tiempo. Registre el valor del voltaje V1. 6) Espere hasta que la temperatura del Dewar haya aumentado 2 o 3 grados y entonces suspenda el calentamiento, apagando la fuente de poder. También detenga la marcha del cronometro y determine el tiempo de calentamiento t1. 7) Al terminar el calentamiento continué con la agitación, y tome la temperatura cada 30 segundo hasta completar 6 lecturas, o hasta que ya no varié, para obtener el valor de la temperatura final TIf.

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B) Medición de la capacidad térmica de la sustancia problema. 8) vacié el contenido del Dewar; enjuaguuelo con agua destilada para que se atempere. 9) Pese la sustancia problema ms; use un volumen de muestra igual al considerado en la calibración; viértalo en el Dewar. 10) Repita los pasos del punto 3 al 7 de la calibración del calorímetro, y registre de la misma manera los siguientes datos experimentales: temperatura inicial T2i, temperatura fina T2f, voltaje V2, amperaje I2 y tiempo t2.

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VII.- ANÁLISIS DE RESULTADOS: (1) Llene la tabla siguiente: Calibración del calorímetro magua TIi TIf II VI tI (2) (3)

Sustancia problema ms T2I T2f I2 V2 T2

Estime la constante del calorímetro usando la ecuación (8). Considerar el valor de 4.18 Kj Kg-1 K-1 para la capacidad térmica especifica del agua, Cpagua. Una vez conocido el valor de K, calcule la capacidad térmica específica de la sustancia problema mediante la ecuación (8). Cps = __________________

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VIII.- CONCLUSIONES:

IX.- CUESTIONARIO: 1) Si se sacan de la vaporera los tamales envueltos en hoja de maíz, es precisamente la hoja de maíz la que se enfría más rápido. ¿a que se debe esto? 2) ¿Qué es el calor? 3) ¿Qué significado físico representa una capacidad térmica especifica? 4) ¿la capacidad térmica es una función de estado? ¿Por qué? 5) ¿Qué características tiene un calorímetro adiabático? 6) ¿Qué significado físico tiene la constante del calorímetro? 7) ¿Qué es un circuito eléctrico puramente resistivo? 8) ¿Cómo se calcula la cantidad de energía disipada en una resistencia eléctrica?

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X.- BIBLIOGRAFÍA No.

Autor / Año Smith J.M., Van Ness H.C. y Abbot M.M. Zemansky M.W., y Dittman R.H., Tipler P.A.

Título Introducción a la termodinámica en ingeniería Química Calor y termodinámica secc. 4.5, 4.7, y 4.8 Física 16.1

Laidler J.K. y Meiser J.H., Fisicoquimica Klots I.M., Rosenberg R.M.,

Chemical Thermodynamics. Basic Theory and Methods

Editorial / Edición McGraw-Hill, México, 1997 McGraw- Hill, México, 1985 Reberte barcelona, 1994 CECSA. Mexico, 1997 sec 2.4 y 2.5 John Wiley and Sons, New York 2000 sec. 4.5