Calorimetría

Introducción

En este Trabajo Práctico estudiaremos la transmisión de calor entre dos sustancias que se hallan a distinta temperatura y en contacto térmico, pero no físico, y la evolución de la temperatura de cada una de ellas hasta que se alcanza el equilibrio. Consideramos que un sistema se encuentra en equilibrio cuando las temperaturas de los fluidos que componen el sistema se mantienen estables e iguales.

Para cumplir con el objetivo planteado colocaremos en contacto térmico (pero no físico) agua y alcohol, a diferentes temperaturas y veremos como se modifica la temperatura en ambos líquidos a medida que transcurre el tiempo.

En todo proceso de intercambio de calor se cumple que ∑Qi = 0 donde Q es la cantidad de calor intercambiado por cada uno de los cuerpos que intervienen en el proceso.

De esta manera, aplicando este principio, resulta:

Qagua + Qalcohol + Qrecipiente + Qmedio = 0

Qagua y Qalcohol son los calores intercambiados por el agua y el alcohol respectivamente. Qmedio es el calor intercambiado por el medio exterior al recipiente.

Por último, Qrecipiente es la cantidad de calor que intercambian los demás elementos presentes en el interior del recipiente.

Nos plantearemos dos hipótesis en base a esto:

La primera es que el recipiente que utilizaremos para mantener las dos sustancias separadas es adiabático, esto significa que el intercambio de calor con el medio exterior resulta despreciable, por lo tanto: Qmedio =0.

La segunda hipótesis planteada es que Qrecipiente también resulta despreciable, por lo tanto: Qrecipiente=0

Por lo tanto si estas dos hipótesis se cumplieran, la ecuación de ∑Q = 0 quedaría expresada de la siguiente manera:

Qagua +Qalcohol =0

Sabiendo que Q=m.c.ΔT (siendo m la masa del fluido, c su capacidad calorífica y ΔT el intervalo de su temperatura), calcularemos la cantidad de calor intercambiada durante todo el proceso por cada uno de los líquidos, estimaremos las correspondientes incertezas y comparemos los resultados para verificar las hipótesis planteadas.

Por otro lado, queremos verificar si la cantidad de calor intercambiado durante la experiencia en un determinado intervalo de tiempo depende de la diferencia de temperatura de los fluidos en ese intervalo.

Proceso experimental

Para realizar este experimento utilizamos un recipiente cerrado de telgopor, cuya función es minimizar el intercambio de calor entre el interior y el exterior del recipiente. A la vez, el interior del recipiente está dividido en dos sectores por una lámina de aluminio, lo que involucra a las soluciones en un contacto térmico ya que este material es un buen conductor térmico. Los líquidos que usaremos son alcohol y agua.

Por otro lado, utilizamos:

• una probeta graduada, así, conociendo el volumen introducido en el recipiente y su respectiva densidad, podremos calcular la masa;

• dos termómetros ubicados cada uno en una de las cavidades, para medir la temperatura de cada líquido y registrar su cambio en el transcurso del tiempo, teniendo cuidado de que no toquen el fondo ni las paredes del recipiente;

• un cronómetro para medir los intervalos de tiempo en el que la temperatura alcance el equilibrio;

• un agitador, que consiste

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