Medida De La Capacidad Calorifica De Un Calorimetro

RESUMEN

Para la presente práctica, cuyo objetivo es la determinación de la capacidad calorífica de un calorímetro adiabático en condiciones isobáricas, se realizó en repetidas ocasiones el mismo procedimiento, que constaba de añadir cierta cantidad de agua caliente a un calorímetro cuyo recipiente interno contenía agua a temperatura ambiente, esto con el fin de determinar su temperatura de equilibrio y, luego de aplicar los cálculos correspondientes, cumplir con el objetivo antes mencionado; después de realizar los respectivos cálculos se obtuvo que la media de capacidad calorífica del calorímetro es de 19.97cal/g.°C.

INTRODUCCIÓN

Al mezclar dos cantidades de líquidos a distinta temperatura se genera una transferencia de energía en forma de calor desde el más caliente al más frío. Dicho tránsito de energía se mantiene hasta que se igualan las temperaturas, cuando se dice que ha alcanzado el equilibrio térmico.

La cantidad de calor Q que se transfiere desde el líquido caliente, o la que absorbe el frío, responde a la expresión:

Q = mCe ∆T (1)

Donde m es la masa del líquido, ∆T la variación de temperatura que experimentan y Ce su calor específico1, dicho calor específico o capacidad calorífica se refiere a la cantidad de calor necesaria para elevar a un grado Celsius la temperatura de un gramo de material, de esto deducimos que la capacidad calorífica es única para cada material y describe una característica térmica de los materiales. Se utiliza la letra C como símbolo para denotarla y de acuerdo con su definición las unidades de C son: cal/g°C2.

Experimentalmente se puede determinar el flujo de calor asociado a una reacción química midiendo los cambios de temperatura que esta produce. La medida del flujo de calor es lo que se denomina calorimetría y el aparato en el que se mide es llamado calorímetro. Las reacciones más frecuentemente estudiadas, mediante calorimetría, son las de combustión, y las sustancias orgánicas son las utilizadas más a menudo3. Sin embargo en esta ocasión se determinó la capacidad calorífica de un calorímetro adiabático, el cual tiene la particularidad de reducir a un valor despreciable el calor que pueda salir de su interior o penetrar en el4; en condiciones isobáricas cuya característica primordial es el de la presión constante5, solo estudiando la temperatura de equilibrio alcanzada al añadir cierta cantidad de agua caliente al recipiente interno del calorímetro, el cual contenía agua a temperatura ambiente.

PARTE EXPERIMENTAL

Inicialmente se agregaron en el recipiente interno del calorímetro 50ml de agua destilada a temperatura ambiente, medidos con un cilindro graduado de 50ml, seguidamente se tapó el calorímetro y se colocaron un termómetro y un agitador, se dejó estabilizar la temperatura del agua en el calorímetro y se tomó su valor, el cual fue de 24 °C, por otro lado se midieron 50ml de agua caliente con un cilindro graduado de 50ml y se tomó su temperatura, resultando de 65 °C, la cual se agregó rápidamente al recipiente interno del calorímetro que contenía los 50 ml de agua a temperatura ambiente, se tapó, se agito y se midió la temperatura del sistema durante 5 minutos con un intervalo de 1 minuto para cada medida, hasta que su valor permaneció constante y se anotó dicha temperatura como temperatura de equilibrio. El mismo procedimiento se repitió variando las masas correspondientes a las alícuotas de agua a temperatura ambiente y a las más elevadas para finalmente determinar la capacidad calorífica de dicho calorímetro.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Prueba N° V agua fría (ml) V agua caliente (ml) T agua fría (°C) T agua caliente (°C) T equilibrio

(°C)

1 50 50 24 65 40

2 70 30 24 59 33

3 60 40 24 60 36

Tabla N° 1 Pruebas de la Capacidad Calorífica del Calorímetro.

Prueba N° 1 Prueba N° 2 Prueba N°3 Promedio de la Ccal

26.72cal/g.°C 15.41cal/g.°C 18.8cal/g.°C 19.97cal/g.°C

Tabla N° 2 Capacidades Caloríficas Obtenidas.

Imagen N° 1 Diagrama de Temperatura de Equilibrio de la Prueba 1.

Imagen N° 2 Diagrama de Temperatura de Equilibrio de la Prueba 2.

Imagen N° 3 Diagrama de Temperatura de Equilibrio de la Prueba 3.

En la tabla N° 1 de “Pruebas de la Capacidad Calorífica del Calorímetro” se pueden observar las diferentes temperaturas de equilibrio obtenidas para cada prueba, dicha variabilidad se debe a las diferentes cantidades de volúmenes de agua utilizados para las diferentes temperaturas, alcanzando así en cada caso el equilibrio en la temperatura más estable para cada caso.

De igual manera se observa variabilidad en la tabla N° 2 de “Capacidades Caloríficas Obtenidas” debido, no solo a las diferentes masas y temperaturas utilizadas para cada caso, también se le suma la perdida de calor producida en el calorímetro, el cual a pesar su adiabaticidad posee una tapa cuyo material no aislante desfavorece dicha propiedad, permitiendo la transferencia de energía del sistema con el ambiente o entorno, de igual manera se observó como, por efecto de las diferentes temperaturas del agua, constantemente se condensaban en la tapa del calorímetro algunas gotas de agua muy cerca, incluso, de los orificios del termómetro y el agitador, los cuales pudieron ocasionar perdida tanto del líquido como de energía.

Para el caso de las gráficas mostradas en las imágenes N° 1, 2 y 3 de los diagramas de temperatura de equilibrio para cada prueba se observan temperaturas constantes de equilibrio en un lapso de 5 minutos con intervalos de medidas de 1 minuto para cada caso.

Finalmente la media de la capacidad calorífica del calorímetro utilizado resulto de 19.97cal/g.°C, lo que en unidades internacionales seria:

Prueba N° 1 Prueba N° 2 Prueba N°3 Promedio de la Ccal

111.79648 J/°C 64.47 J/°C 78.6592 J/°C 84.97 J/°C

Tabla N° 3 Capacidades Caloríficas Obtenidas en Unidades Internacionales.

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