Calorimetro

EQUIVALENTE EN AGUA DE UN CALORÍMETRO. K (g de agua).
Objetivos
• Comprender los intercambios de energía que ocurren hasta alcanzar un equilibrio térmico.
• Evaluar y medir el equivalente en agua de un calorímetro del laboratorio.
• Evaluar las fuentes de error en la medida de k.

Primera parte: Cálculo del equivalente en agua de un calorímetro.
Fundamentos teóricos
Al poneren contacto térmico dos sistemas A y B a distinta temperatura, se alcanza el equilibrio térmico (ambos a la misma temperatura) tras un flujo de calor desde el sistema caliente al frío. El tiempo que tarda en alcanzarse este equilibrio térmico es variable. En el caso de líquidos que se mezclan, el equilibrio se alcanza rápidamente si agitamos. En el caso de un sólido y un líquido el intercambio decalor es más lento ya que ocurre sólo a través de la superficie del mismo. La agitación favorece en ambos casos la disminución del tiempo que tardamos en alcanzar dicho equilibrio.

La temperatura de equilibrio no es la temperatura media del sistema frío y el caliente, ya que depende de la masa de los sistemas A y B y de sus calores específicos. Para evaluar la cantidad de calor transferidousaremos las expresiones:
• Calentamiento / enfriamiento: [pic].
• Cambio de estado: [pic], donde L es el calor latente de fusión o ebullición de la sustancia que cambia de estado.

El criterio termodinámico del signo para el calor transferido es el que se muestra en el esquema. Nosotros para evitar trabajar con cantidades negativas tomaremos siempre [pic] como temperatura MAYOR menor laMENOR.

Montaje, precauciones y procedimiento experimental
Hemos de tener en cuenta que un calorímetro es un dispositivo ideado para estudiar las trasferencias de calor entre dos o más sistemas. Su diseño debe ser adiabático (no intercambia calor con el sistema exterior) y todas las transferencias energéticas tienen lugar entre los sistemas incorporados en su interior. Sin embargo, la realidad esotra ya que los calorímetros experimentan intercambios de calor con el exterior, asi que tendremos en cuenta el efecto del calorímetro considerando que en vez de dos masas de agua son tres las involucradas. La masa equivalente de agua que represente térmicamente al calorímetro es lo que llamamos equivalente en agua (K)
El procedimiento experimental es muy sencillo:
• Añadir cierta masa(conocida) de agua del grifo al calorímetro. La cantidad será aproximadamente 1/4 del volumen del calorímetro.
• Esperar un tiempo prudencial (1-2 min) a que el calorímetro y el agua fría lleguen a un equilibrio entre ambos (Al agua del grifo no está a temperatura ambiente).
• Añadimos agua caliente (aproximadamente el doble que de fría) que podemos calentar a temperatura de 80-90ºC o cogerde la fuente del pasillo exterior. Debemos medir la temperatura del agua caliente y sin demora…
• Mezclamos rápidamente el agua caliente con la fría. Agitamos lenta pero continuamente y observamos la evolución de la temperatura.
• Para medir la temperatura de equilibrio hemos de tener en cuenta que el termómetro tiene cierta inercia térmica (tarda cierto tiempo en conseguir laindicación de la temperatura), además si medimos demasiado pronto puede que no se haya alcanzado el equilibrio, y si esperamos demasiado, el equilibrio de ha alcanzado pero comienzan a contar las pérdidas de calor de nuestro calorímetro.

Toma de datos y resultados
Hemos de tener en cuenta que además del agua fría, el calorímetro también absorbe calor:
[pic]

[pic]

Pero como no tiene sentido hablardel Cespecífico del calorímetro hablaremos de K (g de agua) que termodinámicamente hablando se comportan como nuestro calorímetro. Así la expresión resulta:
[pic]
Y por tanto:
[pic]
, de donde deducimos la expresión que nos permite evaluar K:
[pic]

|Exp. |[pic]...