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• Jose Eduardo Villanueva Ferrer

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UNIVERSIDAD DE LA COSTA DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BÁSICAS ÁREA DE LABORATORIO DE FÍSICA FACULTAD DE INGENIERÍA

CALOR LATENTE DE FUSIÓN Andrés Carrasquilla [1], Oldrich García [2], , Anderson Vergara [3]. 1

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ingenieria ambiental, ingenieria eléctrica, ingenieria industrial. Javier Molina. CDL –10/09/13, mesa 4 Laboratorio física calor ondas, Universidad de la Costa, Barranquilla ESTRUCTURA

MARCO TEÓRICO

CÁLCULOS

ANÁLISIS

CONCLUSIONES

NOTA

Resumen Durante esta práctica en el laboratorio se desarrolló el concepto de calor latente de fusión, el objetivo principal de la experiencia era medir el calor latente de fusión del hielo y obtener las masas con sus respectivas temperaturas que nos sirve para hallar el color latente de fusión, en lo siguiente se desarrolló con un calorímetro de uso más extendido consistente en un envase cerrado y perfectamente aislado con agua, un termómetro, un probeta, un sólido en este caso hielo y una balanza. Primero se calentó agua entre los 40 y 50°c, luego vertimos 150g de agua caliente en el vaso de icopor, el cual es nuestro calorímetro, después se midió la temperatura del agua. Luego de medir la temperatura introducimos dos cubos de hielo en el vaso de icopor con agua, lo tapamos y medimos la temperatura, este procedimiento se realizó cuatro veces para luego así tomar nuestro cálculos. Luego utilizamos la fórmula de calor latente de fusión Lf (cal/g * J/kg) para obtener los porcentajes de error, así podemos decir que el termino fusión cosiste en el cambio de estado de una sustancia de solido a líquido, y para que esto se dé es necesario trasmitir calor al solido cuando alcanza una cierta temperatura denominada punto de fusión.

Palabras claves . Calor, fusión, temperatura, solido, calorímetro, agua, liquido.

Abstract During this laboratory practice developed the concept of latent heat of fusion, the main objective of the experience was measured latent heat of melting ice and obtain masses with their respective temperatures which we use to find the color of fusion, in the following was developed with a wider use calorimeter consisting of a perfectly insulated closed container with water, a thermometer, a specimen, in this case a solid ice and a scale. First water was heated between 40 and 50 ° C, then poured hot water 150g in the styrofoam cup, then measured the water temperature. After measuring the temperature introduce two ice cubes in the Styrofoam cup with water, cover and measure the temperature, this procedure was performed four times and then take our calculations. Then we use the formula Lf latent heat of fusion (cal / g * J / kg) for the error rates, so we can say that the term fusion sewn for the change of state of a substance from solid to liquid, and that this to happen it is necessary to transmit heat to the solid when it reaches a certain temperature called the melting point. Keywords Heat, melting temperature, solid, calorimeter, water, liquid.

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1. Introducción

donde L se denomina calor latente de la sustancia y depende del tipo de cambio de fase. Para que el agua cambie de sólido (hielo) a líquido, a 0ºC se necesitan 334000 J/kg o 334 kJ/kg. Una de las formas de determinar el calor latente de cambio de estado es por el método de las mezclas. Consiste en mezclar dos sustancias (o una misma en dos estados de agregación distintos) 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. Una condición importante es que no haya pérdidas caloríficas con el medio exterior. 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 a 0ºC e inferior a 100ºC por lo tanto en estado líquido, y con hielo fundente a 0ºC. Si M es la masa inicial de agua, en este caso la sustancia caliente y m es la masa del hielo fundente y K el equivalente en agua del calorímetro; T0 la temperatura del agua y calorímetro, antes de la mezcla, T la temperatura final del equilibrio, c el calor específico del agua líquida, que tomaremos como (1,0 ± 0,1) cal/gºC y L el calor latente de fusión del agua, valor que queremos determinar, un simple balance energético conduce a: Mc (T0 –T) + K( T0 –T) = mL + mc (T −0) Qt= Q1 + Q2

En la siguiente experiencia de laboratorio se desarrolló el cálculo del calor latente de fusión Lf, el objetivo principal de esta práctica era obtener el calor latente de fusión del agua el cual es la cantidad de calor necesario para el paso del estado sólido al estado líquido. A continuación en el presente informe se analizaran los datos arrojados al igual que los fundamentos teóricos para el hallazgo de esto. Se obtuvieron 4 datos con base a los procedimientos planteados con base a muestras de hielo.

2. Fundamentos Teóricos La teoría que se aplicara en esta experiencia es el punto de fusión en este caso el del agua en estado sólido obviamente. Si al hielo se le suministra energía en forma de calor, esta energía le gasta en elevar su temperatura hasta cero grados Celsius que es cuando hace su cambio de fase(fusión) desde ese momento la temperatura no cambia hasta que se haya fundido del todo. Esto se debe a que el calor se emplea en la fusión del hielo. se le denomina calor latente de fusión Lf, a las calorías necesarias para fundir 1 g de una sustancia a la temperatura de punto de fusión. Asi, el calor latente de fusión del agua es 80cal para pasar 1g de hielo a cero grados Celsius de 1g de agua a cero grados Celsius. De lo recién establecido resulta que el calor necesario para fundir una masa de m gramos de hielo que se encuentra a cero grados Celsius es: Q= m* L cal

3. Desarrollo experimental

Una sustancia experimenta un cambio de temperatura cuando absorbe o cede calor al ambiente que le rodea. Sin embargo, cuando una sustancia cambia de fase absorbe o cede calor sin que se produzca un cambio de su temperatura. El calor Q que es necesario aportar para que una masa m de cierta sustancia cambie de fase es igual a: Q=mL,

Materiales: -

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Vaso de icopor (calorímetro) Probeta Termómetro Hielo Agua

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Qb=(ma)(Ta-Te)

Balanza

Procedimiento: Pasos uno a uno 1. Medir la masa del vaso de icopor

Igualando Qa y Qb obtenemos:

2. Poner a calentar agua de 40 a 50 grados centígrados

Despejando relación:

Lfmh+ mhTe= (ma)(Ta-Te) Lf (

obtenemos )(

)

3. Verter 150 gramos de agua en el calorímetro ( vaso de icopor)

(

la

siguiente

)( )

5. Introducir dos pedazos de hielo tamaño cubo

Obteniendo esta ecuación se procede a hallar los datos del calor latente de fusión del hielo en los 4 casos y determinar así sus resultados.

6. Tapar el vaso y medir la temperatura equilibrada

Para el primer dato hallado se obtiene Lf con base a la fórmula de la siguiente manera:

4. Medir la temperatura del agua en el vaso

(

)(

)

(

)

(

)(

)

(

)

ma mh Ta Te Lf 1 150g 30g 50ºc 29ºc 76cal/g 2 150g 28g 48ºc 28ºc 79.14cal/g 3 150g 29g 50ºc 26ºc 85.79cal/g 4 150g 28g 48ºc 28ºc 79.14cal/g En primera instancia se especifica la ecuación para determinar calor latente de fusión:

(

)(

)

(

)

Q1= (Lf) (mh)

(

)(

)

(

)

7. Medir la masa de hielo depositada 4. Cálculos y análisis de resultados En la experiencia de laboratorio se desarrolló la siguiente tabla de datos con el fin de determinar el calor latente de fusión del hielo.

Y la ecuación para elevar la temperatura está dada por: Q2=mh (te-0) De los anteriores datos procedemos a hallar el valor promedio de los datos y obtener el valor del calor latente de fusión del hielo durante la experiencia: (LfT)

Sumando estas dos ecuaciones se obtiene: Lfmh+ mhTe= Q1+Q2= Qa De igual forma para la obtención de la ecuación general se necesita la ecuación para el calor cedido por el agua.

LfT= (

+

)/4

LfT= (76 cal/g +79.14 cal/g + 85.79 cal/g +79.14cal/g) / 4 LfT= 80.01 cal/g

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Con base a la experiencia del laboratorio se determinó que el calor latente de fusión del hielo esta dado en 80.01 cal/g, este dato se asemeja en gran medida al valor teórico que está dado por 80 cal/ g el cual hace referencia a la cantidad de calorías necesarias para fundir 1 g de una sustancia, gracias a esto podemos determinar que han de gastarse 80.01cal/g para pasar 1 g de hielo a 0ºc a 1g de agua a 0ºc

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5. Conclusiones Podemos concluir que la cantidad de calor, energía transferida que se requiere para pasar del estado sólido al estado líquido está dada principalmente por el calor latente de fusión ya que estas son las calorías que se necesitan para para pasar 1 g de hielo a 0ºc a 1g de agua a 0ºc. Gracias a este procedimiento podemos analizar por qué en el hielo al agregarse calor existe un periodo de tiempo en el cual sin retirar la trasferencia de calor la temperatura del hielo permanece constante a 0ºc, esto se debe a que en ese momento el hielo necesita una mayor cantidad de energía y está dada por la formula Q=Lfm, en este momento el hielo se encuentra absorbiendo toda esta energía suministrada para pasar a el estado líquido.

6. Bibliografía -

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Termodinámica 5a. Edición Yunus Cengel. Mc Graw Hill. 2006. SEARS, Francis; ZEMANSKY, Mark. Física Universitaria. Volumen. 9° edición Ed. Pearson Educación. México. 2000. Calorímetro equivalente en agua. Disponible en: .[ Consultado el 08-19-2013].

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Física. Sexta edición, Wilson, buffa, lou, editorial pearson. 2007. págs. 370- 373