Termodinamica

Facultad de Química, UNAM EQUIVALENCIA CALOR-TRABAJO Objetivo Introducir el tema de energía y ver las interrelaciones de sus diversas formas de manifestación. Cuestionario previo 1. Dentro de las formas de manifestación de la energía se encuentran la energía térmica y la energía mecánica, definelas y da sus unidades. 2. ¿Existe alguna relación entre la conservación de la energía y el equivalentemecánico del calor? 3. ¿Qué es un calorímetro a presión constante, volumen constante y temperatura constante? ¿Para qué se usan? 4. ¿Qué es la constante de un calorímetro? ¿Para qué se usa? ¿Cómo se determina? 5. ¿Qué es el equivalente mecánico del calor? Problema Al introducir una resistencia eléctrica a un recipiente con agua por un determinado tiempo, la temperatura del agua aumenta. Por cadacaloría que absorbe el agua ¿cuántos joules cede el dispositivo eléctrico? Material y reactivos 1 calorímetro Dewar 1 probeta 1 cronómetro 1 termómetro

1 resistencia eléctrica 1 vaso de precipitados 1 probeta agua del grifo

MEDIDAS DE SEGURIDAD • El calentador eléctrico deberá estar sumergido en el agua antes de conectar a la toma de corriente; no sacar del agua mientras esté conectado, puesse quemará la resistencia. • No tocar con las manos la parte metálica, y solamente tomarlo por el extremo aislado para evitar un choque eléctrico. Procedimiento experimental PRIMERA PARTE: Determinación de la capacidad térmica del calorímetro. 1. Colocar en un frasco Dewar 100 mL de agua fría (a temperatura ambiente). 2. Registrar la temperatura del agua cada 30 segundos durante 5 minutos (paraque alcance el equilibrio térmico con el calorímetro). 3. Por otro lado, colocar en el vaso de precipitados de 600 mL, aproximadamente 400 mL de agua y calentar a ebullición con la resistencia eléctrica. 4. Transferir a una probeta 100 mL del agua que está hirviendo, registrar su temperatura (en la probeta) y añadirla al frasco Dewar al minuto 5. 5. Agitar la mezcla y continuar registrando latemperatura cada 30 segundos durante 5 minutos más. Manejo de datos Masa del agua fria (mf) = Masa del agua caliente (mc) = Capacidad térmica específica o calor específico del agua (cagua) = Temperatura del agua fria (θf ) = Temperatura del agua caliente (θc ) =

Tiempo (min) 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5

Datos Experimentrales θinicial (ºC) Tiempo (seg) 5.15 5.30 5.45 6 6.15 6.30 6.45 7 7.15 7.30… Hoja de cálculo θeq K dewar

θinicial (ºC)

Resolución al problema propuesto (primera parte) (anexar hoja de cálculos) 1. Con los datos obtenidos, trazar una gráfica de temperatura vs. tiempo. Con ayuda de esta gráfica, determinar la temperatura inicial del agua fría, θf, y la temperatura de equilibrio, θeq. 2. ¿Cómo se calcula la variación de temperatura (en la determinación de la constantedel calorímetro? ¿Por qué? 3. Calcular la constante del calorímetro (Dejar) Kdewar. SEGUNDA PARTE: Determinación del equivalente calor-trabajo. 1. Colocar 300 mL de agua en el Dewar. 2. Medir y registrar la resistencia del dispositivo eléctrico y el voltaje. 3. Introducir el agua al dispositivo sin encender así como el termómetro a través del tapón de hule, tapando bien el Dewar. 4. Registrar latemperatura inicial. 5. Conectar el dispositivo eléctrico y mantenerlo así durante un intervalo de tiempo entre 10 y o 100 s. (refrescar cuando la temperatura del agua se incremente hasta 50 C) 6. Transcurrido el tiempo, desconectar el dispositivo y agitar suavemente el sistema. 7. Registrar el tiempo que estuvo encendido y la temperatura final. 8. Repetir el experimento 15 veces con otros tiempos.Manejo de datos Voltaje = ________ volts Resistencia = __________ ohms Datos Experimentales Tiempo (s) T inicial T final 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95

100 Realizar 9 eventos.
o

Tiempo (s)

( C)

Hoja de cálculos Trabajo electrico Calor absorbido W elec (J) Q abs (cal)

Equivalencia calor-trabajo W/Q (joules/cal)

Resolución al problema propuesto (anexar...