Universidad Nacional Autónoma de México Facultad de Química

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José Antonio Villalba Gallego
hace 6 años
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1 Universidad Nacional Autónoma de México Facultad de uímica Departamento de Fisicoquímica Laboratorio de Termodinámica CAPACIDAD TÉRMICA Profesor: Gerardo Omar Hernández Segura

2 OBJETIVOS: ue el alumno comprenda los conceptos de: capacidad térmica capacidad térmica específica ue conozca las unidades en las cuales pueden ser expresados ambas propiedades. ue identifique la influencia de estas propiedades en diferentes fenómenos cotidianos.

3 PROBLEMA: A través de una interacción energética entre dos sistemas obtener la capacidad térmica y la capacidad térmica específica de un metal.

Ley Cero de la Termodinámica: concepto de temperatura Sistema A Sistema B Sistema A Sistema B Sistema C Sistema C (a) (b) La temperatura es una propiedad intensiva que

4 Ley Cero de la Termodinámica: concepto de temperatura Sistema A Sistema B Sistema A Sistema B Sistema C Sistema C (a) (b) La temperatura es una propiedad intensiva que permite saber si dos sistemas en contacto a través de una pared diatérmica se encuentran en equilibrio térmico. Es una propiedad no mecánica del sistema y función de estado. LCE/2003

5 CONCEPTO DE CALOR CALOR es la energía transferida entre al menos dos sistemas termodinámicos (siendo uno de los sistemas los alrededores), debido a una diferencia de temperaturas entre ellos.

6 CONCEPTO DE CALOR T 2 > T 1 T 1 T 2 Equilibrio T 1 = T 2 Térmico

7 UNIVERSO TERMODINÁMICO ALREDEDORES TA SISTEMA TS

8 CONVENCIÓN DE SIGNOS Si ALREDEDORES TA TS > TA entonces <0 SISTEMA TS

9 CONVENCIÓN DE SIGNOS Si ALREDEDORES TA TS = TA entonces = 0 SISTEMA TS

10 ECUACIÓN GENERAL DEL BALANCE DE CALOR T B < T A A B B = A ganado = cedido

11 FACTORES DE LOS UE DEPENDE EL CALOR EXPERIMENTO 1: H 2 O 100 g 25 C + Fe Fe 100 g 100 C 32.6 C EXPERIMENTO 2: H 2 O 100 g 25 C + Pb Pb 100 g 100 C 27 C LCE/2003

12 EXPERIMENTO 1: 5000 cal H 2 O H 2 O EXPERIMENTO 2: 20 C 500 g 32 C 5000 cal H 2 O H 2 O 20 C 2000 g 25 C LCE/2003

13 EXPERIMENTO 1: H 2 O 100 g 25 C + Pb Pb 100 g 100 C 27 C EXPERIMENTO 2: H 2 O 100 g 25 C + Pb Pb 100 g 50 C 26.1 C LCE/2003

14 FACTORES DE LOS UE DEPENDE EL CALOR m t = cm t : calor transferido (cal) m: masa (g) Δt = t f t i : diferencia de temperaturas (ºC) c: constante de proporcionalidad que depende de la naturaleza de la sustancia, llamada capacidad térmica específica

incrementando su temperatura en un grado, y es una

15 CAPACIDAD TÉRMICA ESPECÍFICA c Es la cantidad de calor que una masa de un gramo de sustancia absorbe, incrementando su temperatura en un grado, y es una propiedad intensiva. = cm T Unidades: c = m T cal J Btu gºc kgk lbºf

16 = cm T CAPACIDAD TÉRMICA C Es la cantidad de calor que una sustancia absorbe, INCREMENTANDO SU TEMPERATURA en un grado Es una propiedad extensiva. Unidades: Hacemos: C = mc cal J Btu = C T ºC K ºF C = T

17 CALORIMETRÍA Es un área de la termodinámica experimental que se encarga del estudio y la cuantificación de la cantidad de calor cedida o absorbida por un sistema cuando se realiza en él un proceso físico o químico.

18 Procedimiento experimental (primera etapa) 1. Amarra 4 o 5 cilindros de metal con hilo nylon. Deja 15 cm de hilo para manipularlos. 2. Coloca 150 ml de H 2 O a Temperatura ambiente en el vaso de unicel. Tapa el recipiente e inserta el termómetro digital en la tapa.

Transcurridos 3 min con crónometro, el H 2 O y el metal deben estar en equilibrio térmico.

19 Procedimiento experimental (primera etapa) 3. Introduce los cilindros en un baño a 40 C por 3 min. Mantén el termómetro en el H 2 O durante ese tiempo. Transcurridos 3 min con crónometro, el H 2 O y el metal deben estar en equilibrio térmico. Registra la temperatura (este valor corresponderá a la temperatura inicial del metal). 4. Transfiere rápidamente los cilindros al vaso de unicel que contiene el H 2 O a TA. Agita suavemente durante tres minutos. Registra la temperatura final del metal y del H 2 O.

20 5. Repite el experimento introduciendo los mismos cilindros de metal a: Nota: Procedimiento experimental (primera etapa) BAÑO 60 C 80 C T Eb TEb del H 2 O deberá hervir vigorosamente con la resistencia

21 Exp. 1ª parte experimental: Determinación de capacidad térmica Ti (ºC) agua fría Teq (ºC) T agua (ºC) Ti (ºC) metal Teq (ºC) T metal (ºC) agua (cal) metal (cal) ganado = cedido agua = metal = m c T metal metal metal metal Capacidad térmica específica del agua = 1 cal/gºc Masa de agua fría = 150 g T agua > 0 T agua = teq t inicial agua T metal = teq t inicial metal T metal < 0

22 metal = C T metal metal T metal = teq t inicial metal T metal < 0 En cuál cuadrante estará el trazo de los datos experimentales? metal (cal) ué información me proporciona este gráfico? metal = C T metal metal y mx b = + b = 0 Tmetal (ºC)

Procedimiento experimental (segunda etapa) 1. Coloca 150 g de H 2 O a T ambiente en un vaso de unicel y registra su valor. 2. Amarra un hilo a uno de los cilindros metálicos para poderlo manipular.

Transfiere rápidamente el cilindro metálico al recipiente que contiene H 2 O a Temperatura ambiente. 6. El cilindro debe quedar totalmente cubierto de H 2 O.

23 Procedimiento experimental (segunda etapa) 1. Coloca 150 g de H 2 O a T ambiente en un vaso de unicel y registra su valor. 2. Amarra un hilo a uno de los cilindros metálicos para poderlo manipular. 3. Introduce durante 3 min el cilindro en un baño de Temperatura constante a 70 C 4. Registra la temperatura inicial del metal. 5. Transfiere rápidamente el cilindro metálico al recipiente que contiene H 2 O a Temperatura ambiente. 6. El cilindro debe quedar totalmente cubierto de H 2 O. Registra la T final después de transcurridos 3min. 7. Repite el mismo procedimiento con dos, tres, cuatro y cinco cilindros de metal. 8. Para cada caso determina la masa de los cilindros.

24 #exp 2ª parte del experimento: Determinación de capacidad térmica específica Masa metal (g) Ti metal (ºC) Ti agua (ºC) Teq (ºC) T agua (ºC) T metal(º C) agua (cal) metal (cal) C metal (cal/ºc) ganado = cedido C metal = T metal metal Masa agua = 150 g agua = m agua C agua T agua Capacidad térmica específica del agua = 1 cal/gºc

25 C metal = cm y = mx + b b = 0 Cmetal (cal/ºc) ué información me proporciona este gráfico? Obtener % de error con respecto al valor teórico m (g)

26 Profesor: M. en C. Gerardo Omar Hernández Segura Por su atención Gracias! Gracias por su atención!

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