Laboratorio De Calores Especificos
Páginas: 16 (3772 palabras)
Publicado: 14 de abril de 2011
1. Resumen
La práctica consistió en hallar por dos métodos, el de Rüchardt y el de Clement/Desormes, para dos gases, el aire y el dióxido de carbono (CO2), la magnitud de la relación de calores específicos. Los valores teóricos reportados por la literatura son 1,3999 y 1,2937 [1] para el aire y el CO2, respectivamente. Por el método de Rüchardt se encontró que la relación es, para el aire,1,3885 y, para el CO2, 1,2869; las anteriores determinaciones equivalen a errores relativos de 0,54% para el primer gas y 0,82% para el segundo. Por el método de Clement/Desormes la determinación fue menos exacta, obteniendo errores relativos de 6,9018% y 1,6689%, para el aire y el CO2, y valores experimentales de 1,4965 y 1,3153 en el mismo orden.
2. Objetivos
3.1. Objetivo generalDeterminar la relación de calores específicos CpCv.
3.2. Objetivos específicos
* Reconocer las diferencias existentes entre los métodos.
* Determinar las posibles causas de error en los procedimientos experimentales.
3. Marco Teórico
La capacidad calorífica, C, está definida como la cantidad de energía que es necesario suministrar a una unidad de materia para elevar latemperatura un grado. El calor específico de una sustancia, c, es la capacidad calorífica específica y una propiedad intensiva de la materia.
c=Cm (1)
Está definido para dos casos, calor específico a volumen constante y calor específico a presión constante. Ambos calores específicos guardan relación con otras propiedades termodinámicas como la temperatura, la entalpía y la energíainterna.
Si tenemos una sustancia pura en sola fase, en un sistema cerrado y calentamos, el calor transferido puede calcularse como sigue:
dQ=dU+dW (2)
Considerando que son despreciables los cambios por energía cinética y potencial, que se lleva a cabo un proceso de cuasi-equilibrio y el cambio es en una sustancia compresible, se tiene que el trabajo (W) puede expresarse como:dQ=dU+PdV (3)
La expresión dos puede evaluarse para dos casos especiales:
3.1 Volumen constante, en este caso PdV=0, así que el calor específico es:
Cv=1m∂Q∂T=1m∂U∂T=∂u∂T (4)
3.2 Presión constante, caso para el cual el trabajo puede integrarse como PV, y se tiene que:
Q=U2-U1+PV2-PV1
Q=U2+PV2-(U1-PV1)
Q=H2-H1
Cp=1m∂Q∂T=1m∂H∂T=∂h∂T (5)
Se observa queambas igualdades, tanto Cp como Cv, dependen únicamente de propiedades termodinámicas. Lo anterior implica que los calores específicos son, también, propiedades termodinámicas. De esta manera se concluye que cumplen todas las características de las propiedades termodinámicas intensivas, es decir, contrario a lo que podría pensarse, no dependen del proceso que se lleve a cabo sino de los estadosinicial y final del sistema, a diferencia del trabajo y el calor, por ejemplo.
Existen, además de la relación de los calores específicos con propiedades termodinámicas, otras dos relaciones entre los calores mismos que tienen alguna utilidad:
La primera surge partiendo de la definición de entalpía y modificándola para un gas que se comporta idealmente:
h=u+Pv (6)
h=u+RT
Derivando laexpresión anterior respecto a la temperatura:
dhdT=dudT+R (7)
Reemplazando en (7), (4) y (5) se obtiene que:
cp=cv+R (8)
La segunda relación es simplemente la definición de coeficiente adiabático o la relación de calores específicos:
γ=cpcv (9)
El coeficiente adiabático varía con la temperatura, pero esta variación es leve. Para gases monoatómicos, este valor esesencialmente una constante igual a 1.67. Muchos gases diatómicos, incluyendo al aire, tienen un coeficiente adiabático de 1.4 a temperatura ambiente y para algunos gases poliatómicos simples como el CO2, SO2, NH3, y CH4 tiene un valor de 1.3. [2]
Para los casos anteriormente citados de gases monoatómicos, diatómicos y poliatómicos el coeficiente adiabático no es una constante, ya que puede...
La práctica consistió en hallar por dos métodos, el de Rüchardt y el de Clement/Desormes, para dos gases, el aire y el dióxido de carbono (CO2), la magnitud de la relación de calores específicos. Los valores teóricos reportados por la literatura son 1,3999 y 1,2937 [1] para el aire y el CO2, respectivamente. Por el método de Rüchardt se encontró que la relación es, para el aire,1,3885 y, para el CO2, 1,2869; las anteriores determinaciones equivalen a errores relativos de 0,54% para el primer gas y 0,82% para el segundo. Por el método de Clement/Desormes la determinación fue menos exacta, obteniendo errores relativos de 6,9018% y 1,6689%, para el aire y el CO2, y valores experimentales de 1,4965 y 1,3153 en el mismo orden.
2. Objetivos
3.1. Objetivo generalDeterminar la relación de calores específicos CpCv.
3.2. Objetivos específicos
* Reconocer las diferencias existentes entre los métodos.
* Determinar las posibles causas de error en los procedimientos experimentales.
3. Marco Teórico
La capacidad calorífica, C, está definida como la cantidad de energía que es necesario suministrar a una unidad de materia para elevar latemperatura un grado. El calor específico de una sustancia, c, es la capacidad calorífica específica y una propiedad intensiva de la materia.
c=Cm (1)
Está definido para dos casos, calor específico a volumen constante y calor específico a presión constante. Ambos calores específicos guardan relación con otras propiedades termodinámicas como la temperatura, la entalpía y la energíainterna.
Si tenemos una sustancia pura en sola fase, en un sistema cerrado y calentamos, el calor transferido puede calcularse como sigue:
dQ=dU+dW (2)
Considerando que son despreciables los cambios por energía cinética y potencial, que se lleva a cabo un proceso de cuasi-equilibrio y el cambio es en una sustancia compresible, se tiene que el trabajo (W) puede expresarse como:dQ=dU+PdV (3)
La expresión dos puede evaluarse para dos casos especiales:
3.1 Volumen constante, en este caso PdV=0, así que el calor específico es:
Cv=1m∂Q∂T=1m∂U∂T=∂u∂T (4)
3.2 Presión constante, caso para el cual el trabajo puede integrarse como PV, y se tiene que:
Q=U2-U1+PV2-PV1
Q=U2+PV2-(U1-PV1)
Q=H2-H1
Cp=1m∂Q∂T=1m∂H∂T=∂h∂T (5)
Se observa queambas igualdades, tanto Cp como Cv, dependen únicamente de propiedades termodinámicas. Lo anterior implica que los calores específicos son, también, propiedades termodinámicas. De esta manera se concluye que cumplen todas las características de las propiedades termodinámicas intensivas, es decir, contrario a lo que podría pensarse, no dependen del proceso que se lleve a cabo sino de los estadosinicial y final del sistema, a diferencia del trabajo y el calor, por ejemplo.
Existen, además de la relación de los calores específicos con propiedades termodinámicas, otras dos relaciones entre los calores mismos que tienen alguna utilidad:
La primera surge partiendo de la definición de entalpía y modificándola para un gas que se comporta idealmente:
h=u+Pv (6)
h=u+RT
Derivando laexpresión anterior respecto a la temperatura:
dhdT=dudT+R (7)
Reemplazando en (7), (4) y (5) se obtiene que:
cp=cv+R (8)
La segunda relación es simplemente la definición de coeficiente adiabático o la relación de calores específicos:
γ=cpcv (9)
El coeficiente adiabático varía con la temperatura, pero esta variación es leve. Para gases monoatómicos, este valor esesencialmente una constante igual a 1.67. Muchos gases diatómicos, incluyendo al aire, tienen un coeficiente adiabático de 1.4 a temperatura ambiente y para algunos gases poliatómicos simples como el CO2, SO2, NH3, y CH4 tiene un valor de 1.3. [2]
Para los casos anteriormente citados de gases monoatómicos, diatómicos y poliatómicos el coeficiente adiabático no es una constante, ya que puede...
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