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Curvas de calentamiento Nayibe Cárdenas, Melany Popayán, Álvaro Muñoz, Jhonatan Pantoja. Ingeniería Civil, Universidad Mariana, Calle 18 #34-104, Pasto, Nariño. E -mail: mpopayan@umariana,edu.co

Resumen La práctica se realizó utilizando el laboratorio virtual para determinar las curvas de calentamiento, los calores específicos y calores latentes de diferentes sustancias, en este caso agua, benceno y alcohol. Fue necesario realizar las cuatro actividades descritas en el blog y registrar los resultados en las tablas para tener en cuenta cuales fueron los factores que hacen que la curva de calentamiento de cada sustancia varié, para encontrar los puntos de fusión y ebullición de cada una de estas, así como los calores específicos y calores latentes tanto de fusión como de ebullición. Con los datos obtenidos de la actividad para encontrar los calores específicos se hizo una gráfica en roothcern ….. este método para desarrollar laboratorios (que comúnmente son realizados experimentalmente en un laboratorio físico) es educativo y útil puesto que se convierte en una manera más didáctica de enseñanza Palabras clave: Curva de calentamiento, calor específico, punto de fusión, punto de ebullición, calor latente

I MARCO TEORICO Las curvas de calentamiento revelan la información acerca de los cambios de fase que experimenta un cuerpo de cualquier material que esta sobre un objeto sometido a cambios en su potencia de calentamiento; los cambios de estado por esta alteración más comunes se muestran a continuación

calienta un material en una tasa constante, su temperatura se incrementará continuamente, hasta que alcance su punto de fusión, en el cual la temperatura cesará de elevarse hasta que la totalidad del sólido se funda. De la misma manera se mantiene el caso para el punto de ebullición; cuando un líquido alcanza su punto de ebullición, la temperatura del líquido permanece igual hasta que todo el líquido se evapore. En consecuencia, las curvas de calentamiento generalmente son como un conjunto de escalones, cuyas pendientes de la gráfica corresponden a los intervalos entre cambios de fases y las partes planas de la gráfica corresponden a los puntos de ebullición o fusión. Cada material tiene una curva de calentamiento distinta, ya que sus propiedades son diferentes, lo que hace que los valores tanto del punto de ebullición o de fusión cambien

Estos cambios de fase los puede sufrir cualquier clase de material al añadirle o quitarle potencial de calentamiento al objeto sobre el cual se encuentra (estufa, mechero, entre otros); claro está que el resultado depende directamente de las propiedades que este posea. Es así como exactamente una curva de Calentamiento es la representación gráfica de valores de temperatura que adquiere un cuerpo al aplicarle calor en un determinado tiempo. Para este laboratorio solo nos interesan dos tipos cambios en el estado de tres sustancia a analizar posteriormente; fusión (de solido a liquido) y ebullición o vaporización (de líquido a gaseoso).Cuando se

Grafica 1: Curva de calentamiento para el agua

En los cambios de fase, la pendiente de la línea de una curva de calentamiento se denomina capacidad calórica. La capacidad calórica es solo la cantidad de calor que se necesita para incrementar la temperatura del material en 1°C. La capacidad calórica depende de la cantidad de material que se tenga como por ejemplo un océano tiene mayor capacidad calórica que una botella de agua. Cuando se desea comparar valores de capacidades caloríficas de materiales, esto se realiza ya teniendo en cuenta el valor del calor específico.

Los calores específicos se parecen a la capacidad calórica, excepto que miden la cantidad de calor que se necesita para incrementar la temperatura de 1 mol o 1 gramo de un material en 1°C La caloría es una unidad basada en el calor específico: una caloría es la cantidad de energía calórica que se necesita para incrementar la temperatura de 1 gramo de agua en 1°C. Los materiales con frecuencia tienen distintos calores específicos en la fase liquida, sólida o gas; el agua, por ejemplo, tiene un mayor calor específico en fase líquida que en la fase de gas. También, los calores específicos no son necesariamente constantes; ellos varían con la temperatura, y si la temperatura tiende al cero absoluto (273 K), la capacidad calórica tiende a cero también. Aunque generalmente se toman los calores específicos como constantes

II. PROCEDIMIENTO Y RESULTADOS.

De igual manera en el blog se encuentran propuestas unas tareas a realizar para la obtención de diferentes conclusiones con respecto al análisis, y la obtención de cuyo objetivo se define al inicio del laboratorio: Realizar la curva de calentamiento de las tres sustancias. Primera Tarea: Determinación de los puntos de fusión y ebullición. Esta tarea se realiza con las siguientes cantidades:  Potencial de calentamiento: 500 w  Masa: 200 g.  Temperatura inicial: -10°C. Los datos obtenidos se registran en la siguiente tabla

Punto de Fusión Punto de ebullición

Alcohol --------

Benceno 5.5°C

100°C

78.3°C

82.5°C

Tabla 1: Puntos de fusión y ebullición.

Segunda Tarea: Las masas de las sustancias. Esta tarea se realiza con las siguientes cantidades:    

Este laboratorio se realizó de manera virtual, ya que en un blog de internet se encuentra disponible la simulación de un laboratorio real de un procedimiento Masa: que me permite obtener datos acerca de los cambios 100g que pueden ocurrirle a un a una masa determinada de una sustancia en un intervalo de tiempo; de esta manera se pueden registrar los datos con distintas cantidades, ya sean de masas o de temperatura, además que el análisis se puede llevar a cabo con tres sustancias diferentes: benceno, alcohol y agua.

Masa: 150g

Grafica 2: Programa del laboratorio virtual

Agua 0°C

Potencial de calentamiento: 500 w Masa: 100g, 150g, 200g. Temperatura inicial: 10°C. Sustancia: agua

t(s)

T(°C)

0 2.1 6.3 26.5 42.1 52.2 61.5 66.7 73.1 75.3 t(s)

10 12.,5 17.5 41.6 61 72.7 83.4 89.7 97.3 99.9 T(°C)

0 6.1 17 24.9 48.3 63.7 76.9 91.3

10 14.8 23.5 29.8 48.8 60.7 71.2 82.7

Masa: 200g

103.1 112.9 t(s)

92.1 99.9 T(°C)

0 14.3 31.3 52.3 68.9 83.3 110.5 124.1 135.1 199.7

10 18.5 28.7 41.2 51.1 59.7 76 84.1 91 99.4

Tabla 2: Masas de las sustancias.

Tercera Tarea: Potencial de la estufa. Esta tarea se realiza con las siguientes cantidades:     P 250w

P 500w

P 1000w

Potencial de calentamiento: 250w, 500w, 1000w. Masa: 100g. Temperatura inicial: 10°C. Sustancia: agua. t(s)

T(°C)

0 5.5 26.5 51.5 77.5 101.1 116.9 128.8 148.3 150.2 t(s)

10 13.2 26 40.7 56.4 70.4 79.8 86.9 98.6 99.7 T(°C)

0 2.1 11 22.4 26.4 45.3 56.5 63.5 69.9 74.5 t(s)

10 12.5 23.1 36.7 42.1 64.1 77.5 85.8 93.5 99 T(°C)

0 1.7 5.1 11

10 14 22,2 36,2

17.2 19.9 23.9 29.9 35.5 37.1

51.1 57.5 67.1 81.4 94.8 98.6 Tabla 3: Potencial de la estufa.

Cuarta Tarea: Naturaleza de la sustancia. Esta tarea se realiza con las siguientes cantidades:     Agua

Potencial de calentamiento: 250 w Masa: 200g. Temperatura inicial: 10°C. Agua, benceno, alcohol. t(s) 0 6.3 34.7 65.9 98.1 150.5 187.3 210.3 257.2 300 Benceno t(s) 0 3.7 10.5 15.1 25.7 38.1 60.7 85.7 89.9 97.5 Alcohol t(s) 0 6.7 14.5 37.3 51.5 73.5 94.1 111.9 120.7 134.2

T(°C) 10 11.8 20.3 29.6 39.3 54.9 65.9 72.8 86.8 99.6 T(°C) 10 12.6 17.5 20.7 28.3 37.2 53.3 71.2 74.2 79.6 T(°C) 10 13.4 17.3 28.9 36.1 47.3 57.8 66.8 71.3 78.1

Tabla 4: Naturaleza de la sustancia.

Quinta tarea: Determinación del calor específico. Esta tarea se realiza con los resultados de la tabla de la naturaleza de la sustancia.

Agua

Alcohol

Benceno

Calor especifico (J/kgK) Tabla 5: calor específico.

Sexta tarea: Determinación del calor latente de fusión y ebullición. Agua Alcohol Benceno C.L de fusión (J/kg) C.L de ebullición (J/kg) Tabla 6: calores latentes.

de fusión del agua comparada con la del benceno, puesto que para este último se requiere alcanzar una temperatura mayor, situación contraria para el alcohol debido a que en primer lugar no especifica qué clase de alcohol es el utilizado ya que la composición de estos puede variar de acuerdo a la cantidad de carbonos y como estos se distribuyen en la estructura que a su vez formen, pero en general los alcoholes tienen su punto de fusión por debajo de los -70 °C, y como la escala de esta temperatura utilizada en la plataforma no permite valores menores a -10 °C, no se puede determinar el punto de fusión para este alcohol. Este sería un claro ejemplo de un posible cambio en la plataforma, para que este pueda ser mucho más exacto. Al igual que el punto de fusión de una sustancia, también con esta práctica se puede determinar el punto de ebullición (Tabla 1), Este es el punto en que indica que una sustancia determinada cambia de estado, en este caso de líquido a gaseoso cabe resaltar que este punto no tiene que ver con la cantidad de sustancia utilizada para el experimento debido a que este depende claramente de las propiedades de este mismo, y no importara la cantidad debido a que estas propiedades siguen siendo iguales, Además cuando una sustancia alcanza su punto de ebullición la temperatura se mantiene constante, no sufre ningún cambio

III ANÁLISIS Y CONCLUSIONES De acuerdo al experimento realizado se pueden determinar una serie de factores que de una u otra manera alteran los resultados como tal de la práctica entre estos se pueden nombrar algunos: La masa es un factor determinante a la hora de los resultados ya que dependiendo de la cantidad de masa que se tome para el experimento de dicha sustancia el resultado va a variar notoriamente, debido a que se establece una relación inversamente proporcional entre masa y calentamiento, es decir que si se incrementa la cantidad de esta misma, esta tardara más tiempo en calentarse y si lo por el contrario si se reduce la cantidad se calentara mucho más rápido. En la (tabla 2) se mira como claramente que al aumentar la masa de la sustancia el calentamiento tarda un poco más. La potencia esta es la relación de la velocidad con la que cambia la energía en un sistema, en este experimento se concluye que a medida que se aumenta la potencia en el sistema este aumentara la efectividad a la hora del calentamiento de la sustancia. Todos los datos de este experimento también varían de acuerdo a la naturaleza de la sustancia, ya que la composición tanto física como química de los diferentes compuestos utilizados en esta práctica son totalmente distintos. Por ejemplo los puntos de fusión del agua, del alcohol, y del benceno; son distintos en la medida que algunos necesitan muy poca temperatura para alcanzarlo, es el caso del punto

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distintos