Termodinamica

Informe de práctica de laboratorio (termo dinámica)

Objetivo: El objetivo de la práctica es la determinación de la capacidad calorífica del agua.

Método: Por el interior del calorímetro tipo Callendar circula una corriente de agua flujo constante, que se calienta mediante una resistencia eléctrica conectada a una fuente de alimentación en corriente alterna. Al cabo de un cierto tiempo se alcanza un régimen estacionario y la temperatura de salida del agua, t2, permanece constante. Se lee esta temperatura, así como la temperatura de entrada del agua, t1, y la potencia que se disipa en la resistencia, W .Por último, se determina el flujo de agua φ que circula por el calorímetro recogiendo en un vaso la masa m que sale del Callendar en un tiempo τ(φ=m/τ).

Teoría: Una resistencia eléctrica alimentada con una potencia,

W durante un tiempo τ disipara en forma de calor una energía Q=Wτ .En régimen estacionario el calor disipado en la resistencia se emplea en calentar el agua que circula por el calorímetro, que entrara una temperatura 1 y saldrá a una temperatura t2, de tal forma que “absorberá” una cantidad de energía dada por:

Q= mcp (t2−t1)

(1).

Parte de la energía cedida por la resistencia se pierde. Denotemos por las pérdidas por unidad de tiempo. Igualando la energía suministrada por unidad de tiempo ala absorbida m ́as las pérdidas, resulta que:

W= mτcp (t2−t1)+P=cP φ (t2−t1)+P

(2).

Procedimiento: En la figura se indica la disposición de los instrumentos.

El flujo de agua que circula por el calorímetro dependerá de la diferencia de

altura (presión hidrostática) entre el frasco de Mariotte (o vaso de nivel constante) y el propio calorímetro. Por tanto, el flujo f se puede variar colocando el frasco de Mariotte a más o menos altura. Debe comprobarse que los flujos que se están obteniendo son sustancialmente distintos. Suelen obtenerse mejores resultados usando valores pequeños de flujo, usualmente: f ˜ 1 - 3gs-1. Debe evitarse en todo momento la formación de burbujas de aire en el interior de calorímetro y en el tubo de entrada. Una vez fijado el flujo (posición del frasco de Mariotte), se conecta la fuente de alimentación, midiendo la potencia disipada W. Una vez alcanzado el régimen estacionario (cuando la temperatura se mantiene estable), se anota la diferencia de temperaturas t2- t12, y se mide el flujo de agua, recogiendo durante un tiempo t el agua que sale del calorímetro en un vaso y midiendo su masa m. Se obtiene de este modo un par experimental {W, f • (t2- t)}.

A continuación se incrementa la potencia suministrada y se toman de nuevo y se toma de nuevo todos los datos. Se repite hasta medir unas cuatro potencias. Posteriormente se varía el flujo de agua, cambiando la altura del frasco de Mariotte, y se repite la serie de medidas. Se suelen medir tres flujos y cuatro potencias para cada flujo, hasta obtener unos 12 pares experimentales.

A continuación se representan graficamente los puntos experimentales obtenidos {W, f• (t2-t)}. En virtud de la ecuación (2), se realiza un ajuste lineal por mínimos cuadrados de W frente al producto f • (t12-t). De la pendiente obtenida del ajústese determina la capacidad calorífica del agua cp; de la ordenada en el origen, las perdidas P.

Resultados:

1. Tablas de valores W, f =mt,t1,t2 para todas las medidas.

2. Representación grafica de los puntos W frente a f • (t1-t), junto con la recta de ajuste por mínimos cuadrados.

3. Obtención de la capacidad calórica cp y las perdidas P.

Cuestiones:

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