Equivalente de agua en un calorímetro








Universidad de Rio Negro
Profesorado de Física
Materia: Taller Docente I
Profesoras: Carola Patricia Graziosi
Gachi Casado

San Carlos de Bariloche – Rio Negro - Argentina








Resumen

En esta experiencia a realizar se vertió cantidades determinadas de agua a diferentes temperaturas en un calorímetro, previamente tomandodatos como la masa del agua y su temperatura un poco mayor a la del ambiente. Luego se vertió agua a temperatura más fría que la primera, para así determinar la temperatura de equilibrio y mediante los respectivos cálculos poder obtener el equivalente en agua de nuestro calorímetro.














Introducción

Se establece por la Ley cero de la termodinámica la transitividad del“Equilibrio Térmico”, de manera que si se ponen en contacto dos cuerpos con diferentes temperaturas, pasado un tiempo estos alcanzan la misma temperatura y en ese momento se logra el equilibrio, en el que ya no se intercambia más calor.
Generalizando, si se colocase un tercer cuerpo con otra temperatura, este buscaría un equilibrio térmico con la temperatura de los otros dos cuerpos. Así tantoscuerpos uno desee agregar, seguiría el proceso sucesivamente.
Nuestro calorímetro buscaría comprobar dicha ley.
Se mezclaran dos cantidades de líquidos, a diferentes temperaturas, para así generar entre ellos una “transferencia de calor”, y de esta manera buscar el equilibrio térmico entre ellos en el calorímetro donde se hallan.
Definimos “Equivalente en agua” como la masa de agua cuyocomportamiento térmico es igual al del calorímetro, que previamente fabricamos con elementos aportados por el personal docente.
Con esta experiencia se determinara el equilibrio térmico de un líquido, así como el equivalente en agua.


Teoría Aplicada y Definiciones

Primeramente definimos el concepto de “calor especifico”, “c”, como la cantidad de calor que hay que proporcionar a ungramo de sustancia para que eleve su temperatura en un grado centígrado.
El valor c del agua es de 1 cal/(g °C).
El “calorímetro” es un instrumento que nos permitiría hallar esta temperatura y posteriormente calcular su equivalente en agua. El mismo está compuesto por un contenedor de material denominado “latón”, aislado por una pared adiabática de telgopor.
Se cierra por medio de una tapade tergopol, con dos orificios por los que salen un cable del calentador de agua eléctrico para calentar el agua en su interior, y un termómetro digital que nos brinda su temperatura.
Nos guiamos principalmente por el Principio de la conservación de energía, la Ley cero de la termodinámica y la primera ley de la termodinámica. Decimos pues que el calor recibido o cedido por un cuerpo secalcula mediante la siguiente fórmula: Q=m.c.(Tf – Ti)
“m” es la masa
“c” es el calor especifico
“Ti” es la temperatura inicial
“Tf” es la temperatura final

En la práctica, si dentro del calorímetro tenemos una cantidad de agua de masa m1 a la temperatura T1, y la mezclamos con otra cantidad de agua de masa m2 a la temperatura T2, una vez alcanzado el equilibrio térmico, el conjunto seencontrara a la temperatura de equilibrio T, intermedia entre T1 y T2.

Si “K” es el equivalente en agua del calorímetro y

T2 < T < T1

El balance energético indica que:

Qcedido = Qabsorbido

O equivalentemente:

(m1 c + K) (T1 – T) = m2 c (T – T2)

De donde:

K = [m2 c (T - T2) - m1 c (T1 - T )] / (T1 - T ) (1)

Donde c es el calor especifico del agua; c= 1 cal/(g °C)








Materiales Usados

Calorímetro
Termómetro
Vaso de precipitados
Mechero
Balanza
Guantes para alta temperatura
Agua
Hielo

Procedimiento Experimental

Inicialmente se mide el peso del calorímetro entero, “mc”.
Se hecha unos 250 ml de agua al vaso precipitado y se calienta en el mechero hasta llegada una temperatura de unos 10°C más alta...