Manual de Prácticas. Práctica número 5 Algunas propiedades térmicas del agua

Transcripción

1 Práctica número 5 Algunas propiedades térmicas del agua Tema Correspondiente: Termodinámica Nombre del Profesor: Nombre completo del alumno Firma N de brigada: Fecha de elaboración: Grupo: Elaborado por: Revisado por: Autorizado por: Vigente desde: Elizabeth Aguirre Maldonado Rigel Gámez Leal Gabriel Jaramillo Morales M del Carmen Maldonado Susano Dr. Gerardo René Espinosa Pérez 10 de agosto 2015

2 1. Seguridad en la ejecución Peligro o Fuente de energía Riesgo asociado 1 La resistencia de inmersión debe estar cubierta de agua.. Si la resistencia está energizada y fuera del agua, pueden explotar. 2 No agitar el termómetro de mercurio. 3 Vaso de precipitados. La densidad del mercurio puede romper la ampolla donde está contenido. La manipulación inapropiada puede romper el instrumento, lo que genera fragmentos punzocortantes e intoxicación por mercurio. Si es manipulado inadecuadamente puede caer y romperse en fragmentos filosos. 2. Objetivos de aprendizaje a) Obtener los modelos gráficos del calor suministrado Q sum en función del incremento de temperatura T y del calor suministrado Q sum en función de la temperatura T de la sustancia empleada. b) Obtener el modelo matemático del calor suministrado Q sum a una sustancia en función del incremento de temperatura T que ésta experimenta. c) Calcular la capacidad térmica y la capacidad térmica específica de la masa de agua empleada. d) Determinar la temperatura de ebullición del agua en esta ciudad y comprobar que, a presión constante, la temperatura de la sustancia permanece constante durante el cambio de fase. 3. Material y Equipo 1 Calorímetro con tapa, agitador y resistencia de inmersión. Para uso del profesor: 1 Vaso de precipitados de 600 m 1 vaso de unicel de 1 [ con tapa 150 g Agua, 150 g 1 resistencia de inmersión 1 Balanza de 0 a 610 [g] 1 termómetro de inmersión de C 1 Fuente de poder de 0 a 10 [V], con amperímetro y voltímetro] 2 Cables de conexión largos, de 1 [m] 1 Termómetros de inmersión de 20 a 150 [ C] 1 Cronómetro digital con resolución de 0.01 [s] Aguirre Maldonado E., Gámez Leal R., Jaramillo Morales G. A Página 2

3 4. Desarrollo de las actividades Actividad 1 Medir una masa de 150 [g] del líquido, suficiente para cubrir totalmente la resistencia de inmersión, integrada a la tapa del calorímetro, la cual no debe energizarse si está fuera del líquido cuya temperatura se desea elevar. No olvide verificar la calibración de la balanza. Actividad 2 Armar el dispositivo experimental mostrado en el diagrama, sin encender aún la fuente de poder, verificar que los dos resistores que forman la resistencia de inmersión estén conectados en serie; es decir uno a continuación del otro. Actividad 3 Verificar que las dos perillas de la fuente de poder estén totalmente giradas en sentido contrario al movimiento de las manecillas del reloj, colocar el selector de medidor de la fuente en la posición de amperímetro, cerrar el circuito. Con giros pequeños de las dos perillas de la fuente hacer circular una corriente de 2.5 [A], abrir el circuito en este momento sin mover la posición de las perillas. Aguirre Maldonado E., Gámez Leal R., Jaramillo Morales G. A Página 3

4 Actividad 4 Agitar ligeramente el contenido del calorímetro para que las propiedades del líquido sean homogéneas; medir y registrar la temperatura inicial del líquido y tener listo el cronómetro para medir el lapso t que ha permanecido energizado el circuito de la fuente y la resistencia de inmersión. Actividad 5 En el instante t 0 = 0: cerrar el circuito, atender al termómetro y poner en operación el cronómetro para registrar el lapso t que ha transcurrido desde que se cerró el circuito y en el que se alcanzó en el líquido un incremento T = 2 [ C] = 2 [K] en su temperatura. Agitar suavemente el contenido del calorímetro durante la realización del experimento. No detener el cronómetro cuyo funcionamiento debe ser continuo como el de la fuente de poder Actividad 6 Proceder de manera semejante, cuando el líquido en el calorímetro ha alcanzado un nuevo incremento de T = 2 [ C] = 2 [K]. Con el selector de la fuente cambiar a la posición de voltímetro y medir la diferencia de potencial V ab aplicada, la cual no varía de manera importante en el transcurso del experimento. Actividad 7 Repetir toda la secuencia para el llenado de la columna t 2. T [ C] T [ C] t 1 [s] t 2 [s] t [s] V ab [V] I [A] Q sum [J] T 0 = T amb T 1 = T T 2 = T T 3 = T T 4 = T T 5 = T Aguirre Maldonado E., Gámez Leal R., Jaramillo Morales G. A Página 4

5 Actividad 8 Completar el llenado de la tabla, calculando lo necesario y empleando la expresión proporcionada para evaluar la columna Q sum. 5. Anexo Expresiones matemáticas necesarias T i = T i para 1 i 5; T = T i T 0 ; t = t t 0, para t 0 = 0 [s] P = Vab I [W]; Potencia eléctrica Qsum = P t Q sum = V ab I T [J] Q = m c T; Calor sensible m c = C; c = capacidad térmica específica (calor específico); C = capacidad térmica (capacidad calorífica) Aguirre Maldonado E., Gámez Leal R., Jaramillo Morales G. A Página 5

6 Modelos gráficos Q sum [J] Q sum [J] b T 0 m T C m T C Q sum [J] = m [J/ C]T C + b [J] Q sum [J] = m [J/ C] T C + b [J] m = d Q sum m = d T d Q sum d ( T) T C T ebullición líquido y gas gas líquido T fusión sólido y líquido sólido Q J Aguirre Maldonado E., Gámez Leal R., Jaramillo Morales G. A Página 6

7 6. Cuestionario 1. Cuál es el modelo matemático del calor suministrado Q sum en función del incremento de temperatura T del agua? 2. Cuál es el modelo matemático del calor suministrado Q sum en función de la temperatura T del agua? 3. Cómo son las pendientes m y m entre sí y cuánto valen? y las ordenadas al origen b y b? 4. Determinar la capacidad calorífica y la capacidad térmica específica del agua utilizada. Aguirre Maldonado E., Gámez Leal R., Jaramillo Morales G. A Página 7

8 5. Cuál es la temperatura de ebullición del agua a la presión atmosférica de la Ciudad de México? 7. Conclusiones 8. Bibliografía Aguirre Maldonado E., Gámez Leal R., Jaramillo Morales G. A Página 8