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Calor de Fusión del Hielo

UNIVERSIDAD DE ALMERÍA ASIGNATURA FÍSICA II

Profesor/a: VÍCTOR CORCHETE FERNÁNDEZ

1º Grado de Ingeniería QuímicaIndustrial Grupo: C 2 2013/2014

ÍNDICE

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RESUMEN

 PG. 3

OBJETIVOS PG. 3 METODOLOGÍA PG. 3 INSTRUMENTACIÓN PG. 4 DATOS Y RESULTADOS  PG. 7 CONCLUSIONES PG. 7 CUESTIONES PG. 8 BIBLIOGRAFÍA PG. 10

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RESUMEN Antes de comenzar tenemos que conocer el valor del equivalente en agua del calorímetro obtenido en la práctica numero 1 cuyo valor en nuestro caso es de 42,24. Se limpia bien el calorímetro por fuera y por dentro y lo secamos, después determinamos el peso de este y se anota este valor, más tarde calentamos agua en un vaso de acero hasta que esta supere en 15ºC la temperatura ambiente, una vez conseguido esto esta se vierte en el calorímetro y se pesa para obtener la masa de agua que en hemos echado, obtenemos unos cubitos del refrigerador y cuando alcance una temperatura de 0ºC cogemos un cubito lo secamos con papel de filtro y lo echamos en el calorímetro, una vez que este se ha fundido medimos la temperatura mediante el termómetro este proceso se realiza tantas veces como sea necesaria con el objetivo de mantener el agua del calorímetro a la misma temperatura que la ambiente, cuando esto se haya conseguido pesamos el calorímetro y obtenemos el volumen de agua a 0ºC añadido y por ultimo con todos estos datos obtenemos el valor del calor de fusión del hielo L mediante la ecuación L=(Mc + K)(To – T) mc T/ m El experimento se repite 3 veces con el objetivo de contrastar los resultados. OBJETIVOS Comprobar que los cambios de estados se producen a temperatura ambiente. Determinar el calor de fusión del hielo.

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METODOLOGÍA El método utilizado en esta práctica es el de mezclas, Consiste en mezclar dos sustancias a diferentes temperaturas, de manera que una de ellas ceda calor a la otra y la temperatura del equilibrio final es tal que una de ellas al alcanzarla, realiza un cambio de estado. Se ha de tener en cuenta la cantidad de calor absorbida por el calorímetro, por medio de su equivalente en agua K. Este experimento se realiza con agua a una temperatura superior en 15ºC a 20ºC (temperatura ambiente en el momento de realización del experimento) y una cercana a los 0ºC por tanto en estado líquido, y con hielo fundente a 0ºC. Si M es la masa inicial de agua una vez ya calentada y m es la masa del hielo fundente, K el equivalente en agua del calorímetro en nuestro experimento seria 42,24 ; To la temperatura del agua caliente y calorímetro, antes de la mezcla, T la temperatura final una vez alcanzado el equilibrio entre el agua en las dos temperaturas 31,8ºC y 0ºC , c el calor específico del agua líquida, que tomaremos como 4,186 J/g·ºC, y L el calor latente de fusión del agua, valor que queremos determinar L=(Mc + K)(To – T) mc T/ m

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INSTRUMENTACIÓN

Calorímetro y termómetro. El calorímetro. Nos permite realizar este experimento debido a que mantiene constante el agua y la temperatura de esta no será variada por la temperatura ambiental u otros factores. El termómetro. Nos permitirá conocer la temperatura ambiente del momento así como la temperatura del agua calentada y la del hielo también nos permitirá medir la variación de temperatura una vez el sistema alcance el equilibrio

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Recipiente de aluminio y calefactor. Estos nos permitirán elevar la temperatura del agua inicial unos 15 ºC por encima de la temperatura ambiente.

Vaso de plástico Utilizado una vez sacados los cubitos que estarán a una temperatura inferior a 0ºC obtener dicha temperatura sin que no haya gran cantidad de pierda de calor.

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Balanza. Utilizada para obtener cada uno de los pesos necesarios en este experimento tanto el peso del calorímetro como el peso del calorímetro y el agua inicial y el final. DATOS Y RESULTADOS En la media de los tres experimentos realizados se obtiene: T (ambiente) = 20ºC Masa del calorímetro => Mo = 922 gr Masa del agua calentada => M =1691.5 – 922 = 769.5 gr Temperatura agua caliente en el calorímetro => To= 31.8ºC Temperatura final de equilibrio entre el agua y el hielo => T= 21.4ºC Masa del hielo => m=1802.1-1691.5 = 110.6 gr K=42.24 c = 1 cal/gºC Resultado L= (M·c + K)(To – T) mc T/ m L= ((769,5 · 1 + 42,24) · (31,8 – 21,4) – (110.6 · 1 · 21,4)) /110,6 = 54,92kcal/kg DISCUSIÓN

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Esta práctica es sencilla de realizar, pero tenemos que intentar evitar que a la hora de pesar el calorímetro con el agua el corcho del calorímetro no este mojado pues este echo hará que el resultado de este experimento sea erróneo además este experimento también estará sujeto a la correcta realización de la práctica numero 1 ya que el equivalente en agua del calorímetro también interviene en la fórmula para obtener el calor de fusión del hielo, por lo que si este dato es falso el resultado también lo será. CONCLUSIONES Hay que tener en cuenta el posible error que se haya podido tener en la realización de este experimento ya que este se ha repetido 3 veces y en cada uno de ellos el valor obtenido ha sido diferente podría deberse a errores de medida o errores relacionados con el estado de los instrumentos utilizados en el experimento o cambios ambientales CUESTIONES 1. ¿En qué sentido influiría en el resultado de la experiencia el hecho de que los trozos de hielo estuvieran a una temperatura inferior a 0 ºC? Escriba las fórmulas que sustituirían a las ecuaciones (1) y (2) en este caso. Al estar a una temperatura inferior a los 0ºC la cantidad de hielo necesario sería menor por lo que el resultado variara las ecuaciones no cambiarían. 2. ¿En qué sentido se falsearía el resultado de la experiencia si el hielo utilizado no estuviera bien seco? El resultado sería erróneo ya que la temperatura del hielo es de 0ºC pero la temperatura del agua que está en la superficie del hielo es superior a 0ºC

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3. Compárese el resultado obtenido para el calor de fusión del hielo con su valor real. Estudie las posibles causas de la diferencia existente, si hubiera alguna. El valor real del calor de fusión del hielo es de 79,7 kcal/kg, nuestro resultado es de 54,9 kcal/kg por lo que tenemos un error que posiblemente se haya producido por error en el cálculo del equivalente en agua del calorímetro, realizado en la práctica número 1, también puede deberse a las condiciones de los instrumentos como por ejemplo el corcho del calorímetro mojado o a cualquier error de medida. 4. Explique cómo utilizaría el método de las mezclas para determinar el calor latente de vaporización del agua, escribiendo las ecuaciones correspondientes. El calor latente de vaporización del agua se mide a través del método de mezcla inyectando vapor de agua a una cantidad determinada de agua fría. La condensación del vapor de agua permite liberación de calor o energía térmica en dos etapas: a. Se libera calor, convirtiendo el vapor en agua (cambio de fase) a una misma temperatura de 100ºC (agua hirviendo) El agua hirviendo intercambia calor con el agua fría circundante (transferencia de calor) hasta alcanzar una temperatura final de equilibrio (T final) deteniendo el intercambio de energía en el sistema. De acuerdo a la conservación de la energía este proceso se refiere a que, el calor total liberado por el vapor es igual al calor total absorbido por el agua fría. Ecuaciones correspondientes al proceso: Q (vapor)= Q(alf) Donde: Q (vapor) = Q(cambio de fase) + Q(transferencia de calor) Siendo: Q (cambio de fase) = m (vapor)· L v Y Q (transferencia de calor) = m (vapor)· Ce(agua)· (T(vapor) –T(final)) Por lo que

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Q(al f) = m (al f)· Ce(agua)· (T(final) –T(inicial)) BIBLIOGRAFÍA - Guión de la práctica 2 - Resultados de la practica 1 - Apuntes de clase dados por el profesor