Laboratorio # 2 De Termodinamica.docx

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LABORATORIO DE TERMODINAMICA ISABELLA ALMANZA, HELENA CRUZ, DARYSNELA MENDOZA, YEIMIS GOMEZ Y JEFRY SALINAS.

RESUMEN

El calor de evaporización es la cantidad de energía necesaria para transformar un gramo de una substancia líquida en gas a temperatura constante [1]. Para este estudio se utilizó un volumen exactamente medido de agua el cual se sometió a calentamiento dejando hervir el agua, tomando la temperatura cada minuto, hasta los 10 minutos desde el instante en que comenzó a hervir. Esta propiedad nos indica cuanto calor se necesita para elevar la temperatura del agua líquida o bien que cantidad de calor se necesita para evaporar una cierta cantidad de agua. Palabras claves Calor de evaporización, temperatura, punto de ebullición, energía, calor. ABSTRACT

The heat of evaporation is the amount of energy necessary to transform a gram of a liquid substance into gas at a constant temperature. For this study, an accurately measured volume of water was used, which was subjected to heating, allowing the wáter to boil, taking the temperature every minute, until 10 minutes from the moment it began to boil. This property tells us how much heat is needed to raise the temperature of the liquid water or how much heat is needed to evaporate a certain amount of water. Keywords

Vaporization heat, temperature, boiling point, energy, heat.

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INTRODUCCION El siguiente informe se basa en la práctica de laboratorio sobre cuanto calor se necesita para que el agua se evapore, con el fin de conocer y manejar el tema de calor de evaporización, por el cual se utilizaron herramientas como el termómetro para medir la temperatura del agua, un mechero para calentarla y un Erlenmeyer para envasar el líquido. Se necesita gran cantidad de calor para evaporar un volumen determinado de agua, ya que los puentes de hidrogeno deben romperse para liberar las moléculas en forma de gas. Esto quiere decir que el gua tiene un alto calor de evaporización. El calor de evaporización del agua es alrededor de 540 cal/g a 100ºC (punto de ebullición del agua) [1]. Cabe destacar que algunas moléculas de agua tengan una energía cinética alta lo cual hará que escapen de la superficie del agua a temperaturas inferiores; esto se da ya que a medida que se evaporan las moléculas de agua, la superficie de la que se evaporan se enfrían este proceso se conoce como enfriamiento por evaporación. Es decir, que las moléculas con energía cinética más alta se pierden por evaporación.

MATERIALES -

Trípode variable Varilla de soporte Rejilla con porcelana Matraz Erlenmeyer 100ml Termómetro Cronometro Mechero Probeta 100ml

METODOLOGIA 1. Se tomaron 100ml de agua que fueron medidos en una probeta graduada de 100ml 2. Posterior a esto se hizo el montaje con los materiales descritos anteriormente. 3. Los 100 ml de agua en la probeta los pasamos a un Erlenmeyer y tomamos la temperatura del agua antes de someterla a calentamiento 4. Le agregamos dos perlas para que el proceso de evaporización no fuera demorado Lab. Termodinámica

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5. Luego sometimos a calentamiento, cuando el agua comenzó a hervir apagamos el mechero y desde ese instante 10 minutos después tomamos la temperatura cada minuto.

RESULTADOS Y ANALISIS DE LOS RESULTADOS

Figura 1 montaje de laboratorio para la identificación del calor de evaporización del agua

Volumen inicial del agua (v1) Volumen final del agua (v2) Tiempo inicial de la ebullición (t1) Tiempo final de la ebullición (t2) Tabla 1: observaciones y resultados de las medidas

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100ml 76ml 8min:53s 18min:53s

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ʋ/ºC 24 100 102 102 102 102 102 102 102 102

t/min 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Tabla 2 tabla de temperatura en cada intervalo de tiempo

 -

Masa inicial y final del agua y del agua evaporada (densidad = 1g/ml) Masa inicial del agua ---m1 𝑚 ρ= 𝜌. 𝑣 = 𝑚 𝑣 1𝑔 𝑚1 = 𝜌. 𝑣1 = ( ) (100𝑚𝑙) = 100𝑔 𝑚𝑙

-

Masa final del agua ---m2 1𝑔

𝑚2 = 𝜌. 𝑣2 = (𝑚𝑙) (76𝑚𝑙) = 76𝑔 -

Masa del agua evaporada---∆m

∆𝑚 = (100 − 76)𝑔 = 24𝑔 

Potencia del calentamiento del mechero a partir del incremento de temperatura del agua: para calentar una masa de agua m1= 100g con capacidad calorífica especifica C= 4,19 J/gºC a una diferencia de temperatura ∆ʋ, se necesita la cantidad de calor.

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𝑄 = 𝐶. 𝑚1 . ∆𝜗

Temperatura final de evaporación menos la temperatura inicial de evaporación 𝐽

𝑄 = (4,19 𝑔 º𝐶) (100𝑔)(102 − 100)º𝐶 = 838𝐽



La diferencia de temperatura ∆ʋ se alcanza en un tiempo ∆t de donde se sigue la potencia de calentamiento del mechero.

𝑃 = 𝐶. 𝑚1 .

∆𝜗 ∆𝑡

Tiempo final en que la evaporación culmina menos el tiempo en que la evaporación empieza

𝐽

2º𝐶

𝑃 = (4,19 𝑔º𝐶) (100𝑔) (18𝑚𝑖𝑛−8𝑚𝑖𝑛) = 83.3𝐽/𝑚𝑖𝑛 

Tiempo de ebullición del agua t3: 𝑡3 = (𝑡2 − 𝑡1) = (18 − 8)𝑚𝑖𝑛 = 10 𝑚𝑖𝑛



Cantidad de calor necesario para evaporar la masa : ∆𝑚 𝑄 = 𝑃. 𝑡3 𝐽

𝑄 = 83.8 𝑚𝑖𝑛 ∗ 10𝑚𝑖𝑛 = 838𝐽 

Calor de evaporación especifico del agua, es decir la cantidad de calor necesario para evaporar 1g de agua.

En este caso encontraremos el calor de evaporación específico del agua necesarios para evaporar 100g de agua, esto se obtiene dividiendo el calor que nos dio al calentar dicha masa de 100g sobre el delta de masa que se presentó en la realización del laboratorio. 𝑄

𝑞𝑣 = ∆ 𝑚 =

838𝐽 24𝑔

= 39.915𝐽/𝑔

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Temperatura vs tiempo Temperaturaʋ (ºC)

120 100 80 60 40 20 0 0

1

2

3

4 5 6 Tiempo (min)

7

8

9

Figura 2: grafica de temperatura en cada intervalo de tiempo tomado en el laboratorio

La grafica nos muestra claramente la cantidad de temperatura que se necesita para evaporar 100 g de agua, ya que en un instante de tiempo la temperatura permanece constante en 102ºC, lo que quiere decir que no iba aumentar ni a disminuir esa temperatura porque justo en ese punto los 100g de agua se evaporaban.

CONCLUSIONES  Un aumento de calor en el agua no requiere un cambio de temperatura, el agua tiene un punto de ebullición de 100ºC un incremento de calor no hará que esta aumente o disminuye, siempre se mantendrán constante en determinado tiempo.  El calor de vaporación especifico del agua dependerá de cuanta masa se está sometiendo a evaporización ya que el tiempo inicial de la evaporación no será el mismo si tiene menos o más masa  Se puede resaltar que en el laboratorio no estamos exceptos de pequeños márgenes de errores por factores como temperatura.

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REFERENCIAS (1) [1] Acdemy. Kand. Capacidad calorífica, calor de evaporización y densidad del

agua; 2018, disponible en línea en : https://es.khanacademy.org/science/biology/water-acids-and-bases/water-as-a-solid-liquidand-gas/a/specific-heat-heat-of-vaporization-and-freezing-of-water

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