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ESCUELA: Universidad autónoma de México FES Aragón

CARRERA: Ing. Industrial

LABORATORIO: Aplicaciones de propiedades de la materia

PRACTICA: No.4 Calor especifico y calor latente

ALUMNOS: Cabrera Valdepeña Francisco J. Pimentel Hernández Gibran A. Juárez Tomas Abelardo

FECHA DE REALIZACIÓN Y DE ENTREGA: Realizacion.10/09/18 Entrega.17/09/18

OBSERVACIONES:

CALIFICACIÓN:

PROFESOR: Dámaso Velázquez Velázquez

Contenido: Índice Objetivos Materiales Desarrollo Datos obtenidos Resultados finales Cuestionario Conclusiones

Objetivo En esta práctica comprenderemos y aplicaremos el concepto de calor específico y calor latente. Y esto lo con base a determinar el calor específico de un metal. Al igual tendremos que determinar el calor latente de vaporización del agua. Las observaciones de los fenómenos en que intervenían la temperatura, como el calentamiento y el enfriamiento de los cuerpos, se cuantificaron mediante la definición de calor. En el siglo XVII Joseph Black, estableció que había fenómenos en la misma naturaleza de los considerados como “calor”, pero que no se manifestaban en una variación en la temperatura del sistema. Por lo que a partir de estas observaciones se definen dos tipos de calor: el sensible y el latente. A principios de siglo XIX se especula con la idea de que el calor no era sino una manifestación de los fenómenos mecánicos. En aquellos días, muchos científicos consideraban que el calor y los fenómenos mecánicos eran manifestaciones totalmente diferentes e independientes.

Materiales       

1 Parrilla eléctrica de 750W. 1 Cronómetro. 1 Calorímetro (recipiente de aluminio). 2 Termómetros. 1 Vaso de precipitado de 500 ml. 1 Balanza granataria. 1 Multímetro.

      

1 Pesa de 1 kg . 1 Pesa de ½ kg. 1 Par de guantes de asbesto. 1 Agitador de vidrio. 1 Cubo de metal. Agua potable. 1 Cafetera. 1 Pinzas de sujeción.

Desarrollo Calor. - El calor es energía en transferencia del tipo térmico, debido a la modificación de la temperatura o por el cambio de fase de un sistema. La ley cero de la termodinámica indica que si dos sistemas con diferente temperatura se ponen en contacto estos alcanzarán el equilibrio térmico. Lo anterior es provocado por intercambio de energía en forma de calor, por lo tanto, el sistema de mayor temperatura la decrementará y el de menor la incrementará. Recordar que un cambio de fase está ligado al movimiento molecular, y que este se realiza a temperatura constante, por lo que, aun no existiendo cambio de temperatura, este

proceso se realiza porque existe un intercambio de energía en forma de calor. Por lo anterior, se definirán dos tipos de intercambio de calor: Calor Sensible y Calor Latente. Calor sensible. - Es la cantidad de energía en forma de calor que se intercambia entre dos sistemas termodinámicos por la diferencia de temperaturas, sin que exista un cambio de fase. Antes de establecer un modelo para el calor sensible se definirá una propiedad de los sistemas relacionada con el intercambio de calor. Calor específico. - Esta propiedad mide la cantidad de calor que requiere una unidad de materia de un sistema para variar su temperatura un grado. Cuando se suministra la misma cantidad de calor a dos sistemas diferentes estos varían su temperatura en forma diferente, lo cual estará relacionada directamente con su calor específico Calor latente. - Es la transferencia de energía en forma de calor entre dos sistemas termodinámicos, ocasionando un cambio de fase de un sistema, siempre y cuando la temperatura se mantenga constante. Antes de establecer un modelo para este tipo de intercambio de energía se definirá otra propiedad de los sistemas. Calor latente de cambio de

1) Explicar que es el calor sensible y en que parte dentro de la práctica se demostró. Es aquel que recibe un cuerpo o un objeto y hace que aumente su temperatura sin afectar su estructura molecular y por lo tanto su Fase. 2) Explicar que es el calor latente y en que parte dentro de la práctica se demostró. Es la energía requerida por una cantidad de sustancia para cambiar de fase, de sólido a líquido (calor de fusión) o de líquido a gaseoso (calor de vaporización). 3) Investigar en tablas de acuerdo al calor específico obtenido del metal, de que material esta hecho, determinar su valor teórico del metal. 4) Investigar en tablas de acuerdo al calor latente del agua, cual es su valor teórico. 5) En un sistema de refrigeración por compresión mecánica, tenemos cuatro componentes básicos, en cuál de ellos se presenta el calor latente y en cual el calor sensible, justifique su respuesta. 6) En un ciclo Rankine también consta de cuatro componentes básicos, investigue donde se presenta el calor sensible y el calor latente, justifique su respuesta. 7) ¿Por qué causa más daño una quemadura con vapor de agua que una quemadura con agua hirviendo a la misma temperatura? El agua para pasar al estado gaseoso necesita aún más energía, esa energía que va a hacer que se rompa el estado líquido y se liberen las moléculas gaseosas de agua. Ahora bien, el vapor contiene además de la energía de los 100 grados, contiene esa energía que hizo que pasara a estado gaseoso, y esa energía es la diferencia de por qué el vapor quema más que el agua.

8) ¿Qué significa afirmar que un material tiene una capacidad calorífica grande o pequeña? Indica la mayor o menor dificultad que presenta dicho cuerpo para experimentar cambios de temperatura bajo el suministro de calor. Puede interpretarse como una medida de inercia térmica. Es una propiedad extensiva, ya que su magnitud depende, no solo de la sustancia, sino también de la cantidad de materia del cuerpo o sistema; por ello, es característica de un cuerpo o sistema partícula. 9) ¿Por qué es incorrecto decir, la materia “contiene” calor? Porque el calor no es algo que un cuerpo pueda contener, el calor en realidad es energía cinética molecular es decir que si las moléculas se mueven más rápido el cuerpo adquiere mayor temperatura, por el contrario, si la energía de las moléculas disminuye el cuerpo pierde temperatura 10) ¿A qué temperatura alcanza el agua su máxima densidad y cual es valor de dicha densidad? La máxima densidad del agua se alcanza a los 3.98 °C = 1.000000 g/ml. 11) ¿Por qué los lagos y estanques se congelan de arriba hacia abajo y no de abajo hacia arriba? Porque las moléculas del agua se mueven a diferente velocidad que las del viento y el aire (viento es el que sopla, aire es toda la atmosfera) y como el agua tiene suficiente profundidad que cuando hace mucho frio y hielo, las capas superiores son las primeras en hacer escarcha, mientras las moléculas de abajo del agua siguen su movimiento, entre más calor más movimiento tienen. 12) Investigar las tres formas de transmisión de calor. La conducción de calor es un mecanismo de transferencia de energía térmica entre dos sistemas basado en el contacto directo de sus partículas sin flujo neto de materia y que tiende a igualar la temperatura dentro de un cuerpo y entre diferentes cuerpos en contacto por medio de ondas. La conducción del calor es muy reducida en el espacio vacío y es nula en el espacio vacío ideal, espacio sin energía. El principal parámetro dependiente del material que regula la conducción de calor en los materiales es la conductividad térmica, una propiedad física que mide la capacidad de conducción de calor o capacidad de una substancia de transferir el movimiento cinético de sus moléculas a sus propias moléculas adyacentes o a otras substancias con las que está en contacto. La inversa de la conductividad térmica es la resistividad térmica, que es la capacidad de los materiales para oponerse al paso del calor.

La convección es una de las tres formas de transferencia de calor y se caracteriza porque se produce por intermedio de un fluido (aire, agua) que transporta el calor entre zonas con diferentes temperaturas. La convección se produce únicamente por medio de materiales fluidos. Estos, al calentarse, aumentan de volumen y, por lo tanto, su densidad disminuye y ascienden desplazando el fluido que se encuentra en la parte superior y que está a menor temperatura. Lo que se llama convección en sí, es el transporte de calor por medio de las corrientes ascendente y descendente del fluido. La transferencia de calor implica el transporte de calor en un volumen y la mezcla de elementos macroscópicos de porciones calientes y frías de un gas o un líquido. Se incluye también el intercambio de energía entre una superficie sólida y un fluido o por medio de una bomba, un ventilador u otro dispositivo mecánico (convección mecánica, forzada o asistida). En la transferencia de calor libre o natural un fluido es más caliente o más frío y en contacto con una superficie sólida, causa una circulación debido a las diferencias de densidades que resultan del gradiente de temperaturas en el fluido. La radiación es la transferencia de calor por medio de ondas electromagnéticas. No se requiere de un medio para su propagación. La energía irradiada se mueve a la velocidad de la luz. El calor irradiado por el Sol se puede intercambiar entre la superficie solar y la superficie de la Tierra sin calentar el espacio de transición. Por ejemplo, si colocamos un objeto (tal como una moneda, un coche, o a nosotros mismos) bajo los rayos del Sol directos; al poco tiempo notaremos que el objeto se calentará. El intercambio de calor entre el Sol y el objeto ocurrirá por medio de radiación. 13) En esas tres formas de transmisión de calor, donde se involucra el calor latente y en donde el calor sensible. El calor latente es la energía requerida por una cantidad de sustancia para cambiar de fase, de sólido a líquido (calor de fusión) o de líquido a gaseoso (calor de vaporización) Calor sensible es aquel que recibe un cuerpo o un objeto y hace que aumente su temperatura sin afectar su estructura molecular y por lo tanto su estado. 14) Determine el porcentaje de error en los calores obtenidos en la práctica, si se considera que los valores teóricos obtenidos de tablas esta sin error. Anotarlo en la tabla 3.3B. 15) Con tus propias palabras define el calor específico. Es la cantidad de calor que se necesita aplicar a un cuerpo, una sustancia o un sistema para que aumente su temperatura un grado.

16) Con tus propias palabras define a la energía. Es la capacidad para realizar un trabajo 17) Por que se dice que el calor es una energía virtual. Porque el calor no es algo que podamos tocar o ver, sabemos que existe pero no es algo visible. 18) Se desea pasar agua desde una temperatura de -50 oC hasta una temperatura de 200 oC. Haga un croquis describiendo todos los tipos de calores que se requieren para que el agua llegue hasta esa temperatura. 19) ¿Porque en los procesos industriales donde se maneja agua, se dice que el calor latente es el peor enemigo del ingeniero? 20) Explique en qué parte de la actividad diaria de un ser humano, está involucrado el calor latente.

Conclusión El calor específico de una sustancia es la cantidad de calor que hay que suministrar a una unidad de masa de esa sustancia para elevar su temperatura en una unidad. Esa cantidad varía tanto dependiendo de la temperatura en que se encuentra la sustancia antes de aplicarle el calor. Por ejemplo, es necesaria una caloría para aumentar en un grado el agua a temperatura ambiente, pero es necesaria sólo 0,5 caloría para aumentar en un grado la temperatura del hielo a -5 grados. El calor específico también depende de la presión atmosférica. La misma sustancia a una presión atmosférica menor tiene un menor calor específico. Los ejemplos que aparecen a continuación son válidos para una temperatura de 25 grados y a una presión de 1 atmósfera. El calor sensible es la cantidad de calor que puede recibir un cuerpo sin que se afecte su estructura molecular. Si no cambia la estructura molecular no cambia el estado (sólido, líquido, gaseoso). Dado que no cambia la estructura molecular, se observa un cambio de temperatura, por eso se denomina calor sensible. El calor latente es la energía (calor) necesario para que una sustancia cambie de fase (estado). Si el cambio es de sólido a líquido se denomina calor de fusión. Si el cambio es de líquido a gaseoso se denomina calor de vaporización. Cuando se le aplica calor a una sustancia que ha llegado a la temperatura en que cambia de estado, es imposible que aumente la temperatura, sino que simplemente cambia de estado. Por ejemplo, si se continúa aplicando calor al agua en ebullición, la misma no sobrepasará nunca los 100 °C. Dependiendo de la sustancia, el calor latente puede medirse habitualmente en calorías por gramo o en kilojoules por kilogramo (KJ).

Fuente: https://www.ejemplos.co/ejemplos-de-calor-especifico-sensible-ylatente/#ixzz5ScN59YD8.

Bibliografía   

https://es.wikipedia.org/wiki/ n%C3%A1mica https://okdiario.com/curiosidades/2017/01/24 -687858 http://www.academia.edu/18644054/ termodinamica_1

ESCUELA: Universidad autónoma de México FES Aragón

CARRERA: Ing. Industrial

LABORATORIO: Aplicaciones de propiedades de la materia

PREVIO: No. 5 la primera ley de la termodinámica

ALUMNOS: Cabrera Valdepeña Francisco J. Pimentel Hernández Gibran A. Juárez Tomas Abelardo

FECHA DE ENTREGA: Entrega.17/09/18

OBSERVACIONES:

CALIFICACIÓN:

PROFESOR:

Dámaso Velázquez Velázquez Previo 5

1. ¿Qué estudia la termodinámica? es la rama de la física que describe los estados de equilibrio termodinámico a nivel macroscópico. El Diccionario de la lengua española de la Real Academia, por su parte, define la termodinámica como la rama de la física encargada del estudio de la interacción entre el calor y otras manifestaciones de la energía.

2. ¿Qué es un sistema termodinámico? es una parte del Universo que se aísla para su estudio. Este aislamiento se puede llevar a cabo de una manera real, en el campo experimental,

3. ¿Qué es un proceso adiabático? En termodinámica se designa como proceso adiabático a aquel en el cual el sistema termodinámico (generalmente, un fluido que realiza un trabajo) no intercambia calor con su entorno.

4. ¿Qué es una pared diatérmica? La manera usual de definirlo es que un límite esdiatérmico cuando permite el flujo de calor a través de él. De nuevo, preferimos evitar esta segunda definición debido a la dificultad de definir calor.

5. ¿Qué es la energía? tiene diversas acepciones y definiciones, relacionadas con la idea de una capacidad para obrar, surgir, transformar o poner en movimiento.

6. ¿Qué es la energía interna, la energía cinética y la energía potencial? Más concretamente, es la suma de: la energía cinética interna, es decir, de las sumas de las energías cinéticas de las individualidades que forman un cuerpo respecto al centro de masas del sistema, la energía potencial interna, que es laenergía potencial asociada a las interacciones entre estas individualidades.

7. ¿Cuáles son los tipos de trabajo termodinámico? El trabajo es la cantidad de energía transferida de un sistema a otro mediante una fuerza cuando se produce un desplazamiento

8. ¿Cuál es el postulado de la primera ley de la termodinámica? establece que la energía no se crea, ni se destruye, sino que se conserva. Entonces esta ley expresa que, cuando un sistema es sometido a un ciclo termodinámico, el calor cedido por el sistema será igual al trabajo recibido por el mismo, y viceversa.

9. ¿Qué es el trabajo de flujo? es el estudio de los aspectos operacionales de una actividad detrabajo: cómo se estructuran las tareas, cómo se realizan, cuál es su orden correlativo, cómo se sincronizan

10. ¿Cuál es el modelo matemático de la primera ley de la termodinámica?

11. Dar dos ejemplos de un sistema cerrado y dos ejemplos de un sistema abierto. Los sistemas termodinámicos pueden ser aislados, cerrados o abiertos. Sistema aislado: es aquél que no intercambia ni materia ni energía con los alrededores. Sistema cerrado: es aquél que intercambia energía (calor y trabajo) pero no materia con los alrededores (su masa permanece constante).

12. Haga dos dibujos de sistemas marcando claramente sus fronteras o limites.

13. Realice un resumen de dos cuartillas acerca de la ecuación de continuidad sobre la siguiente dirección electrónica “clase 1 Teoría: Introducción a la dinámica de fluidos 1.”

http://www.youtube.com/watch?v=IisrIpvtlME&list=PLgeh_RfSoZhKuk_KEev XL8Wg5SPdt0Ae&index=10 es la rama de la física comprendida dentro de la mecánica de medios continuos que estudia el movimiento de los fluidos, así como las fuerzas que lo provocan. La característica fundamental que define a los fluidos es su incapacidad para resistir esfuerzos cortantes (lo que provoca que carezcan de forma definida). También estudia las interacciones entre el fluido y el contorno que lo limita. Nótese que los gases pueden comprimirse, mientras que los líquidos carecen de esta característica (la compresibilidad de los líquidos a altas presiones no es exactamente cero pero es cercana a cero) aunque toman la forma del recipiente que los contiene. La compresibilidad de un fluido depende del tipo de problema, en algunas aplicaciones aerodinámicas, aun cuando el fluido es aire, puede asumirse que el cambio de volumen del aire es cero. La hipótesis del medio continuo es la hipótesis fundamental de la mecánica de fluidos y en general de toda la mecánica de medios continuos. En esta hipótesis se considera que el fluido es continuo a lo largo del espacio que ocupa, ignorando por tanto su estructura molecular y las discontinuidades asociadas a esta. Con esta hipótesis se puede considerar que las propiedades del fluido (densidad, temperatura, etc.) son funciones continuas. La forma de determinar la validez de esta hipótesis consiste en comparar el camino libre medio de las moléculas con la longitud característica del sistema físico. Al cociente entre estas longitudes se le denomina número de Knudsen. Cuando este número adimensional es mucho menor a la unidad, el material en cuestión puede considerarse un fluido (medio continuo). En el caso contrario los efectos debidos a la naturaleza molecular de la materia no pueden ser despreciados y debe utilizarse la mecánica estadística para predecir el comportamiento de la materia. Ejemplos de situaciones donde la hipótesis del medio continuo no es válida pueden encontrarse en el estudio de los plasmas. Este concepto está muy ligado al del medio continuo y es sumamente importante en la mecánica de fluidos. Se llama partícula fluida a la masa elemental de fluido que en un instante determinado se encuentra en un punto del espacio. Dicha masa elemental ha de ser lo suficientemente grande como para contener un gran número de moléculas, y lo suficientemente pequeña como para poder considerar que en su interior no hay variaciones de las propiedades macroscópicas del fluido, de modo que en cada partícula fluida podamos asignar un valor a estas propiedades. Es importante tener en cuenta que la partícula fluida se mueve con la velocidad macroscópica del fluido, de modo que está siempre formada por las mismas moléculas. Así pues un determinado punto del espacio en distintos instantes de tiempo estará ocupado por distintas partículas fluidas. A la hora de describir el movimiento de un fluido existen dos puntos de vista. Una primera forma de hacerlo es seguir a cada partícula fluida en su movimiento, de manera que buscaremos unas funciones que nos den la posición, así como las propiedades de la partícula fluida en cada instante. Ésta es la descripción Lagrangiana. Una segunda forma es asignar a cada punto del espacio y en cada instante, un valor para las propiedades o magnitudes fluidas sin importar que en ese instante, la partícula fluida ocupa ese volumen diferencial. Ésta es la descripción Euleriana, que no está ligada a las partículas fluidas sino a los puntos del espacio ocupados por el fluido. En esta descripción el valor de una propiedad en un punto y en un instante determinado es el de la partícula fluida que ocupa dicho punto en ese instante.

14. Describa en dos cuartillas de la siguiente dirección electrónica, la solución del problema del tubo venturi (ya que es semejante a lo que realizamos en esta práctica) “clase 6: tubo de venturi” http://www.youtube.com/watch?v=wBP18ghl6NM&feature=slpl El efecto Venturi (también conocido tubo de Venturi) consiste en que un fluido en movimiento dentro de un conducto cerrado disminuye su presión al aumentar la velocidad después de pasar por una zona de sección menor. Si en este punto del conducto se introduce el extremo de otro conducto, se produce una aspiración del fluido contenido en este segundo conducto. Este efecto, demostrado en 1797, recibe su nombre del físico italiano Giovanni Battista Venturi (1746-1822). El efecto Venturi se explica por el Principio de Bernoulli y el principio de continuidad de masa. Si el caudal de un fluido es constante pero la sección disminuye, necesariamente la velocidad aumenta tras atravesar esta sección. Por el teorema de la energía si la energía cinética aumenta, la energía determinada por el valor de la presión disminuye forzosamente. En el Tubo de Venturi el flujo desde la tubería principal en la sección 1 se hace acelerar a través de la sección angosta llamada garganta, donde disminuye la presión del fluido. Después se expande el flujo a través de la porción divergente al mismo diámetro que la tubería principal. En la pared de la tubería en la sección 1 y en la pared de la garganta, a la cual llamaremos sección 2, se encuentran ubicados ramificadores de presión.

15. ¿Cuál es el principio del Dr. Mayer? su serie de pensamientos empezó bruscamente en el muelle de Surabaya, cuando tuvo que practicar sangrías a varios marineros. La sangre venosa era de un rojo tan vivo que al principio creyó que había abierto una arteria. Sin embargo, los médicos locales le dijeron que este color era el color normal de la sangre en los trópicos, pues el consumo de oxígeno necesario para mantener la temperatura d ela sangre era menor ene las regiones más frías. Mayer empezó a pensar en ello. Como el calor animal era generado por la oxidación de los alimentos, le sugirió la pregunta de qué ocurriría si además de calentar el cuerpo se producía también trabajo.

16. ¿Qué es una máquina térmica? Es un conjunto de elementos mecánicos que permite intercambiar energía, generalmente a través de un eje, mediante la variación de energía de un fluido que varía su densidad significativamente al atravesar la máquina. 17. ¿Qué es una maquina hidráulica? Una Máquina hidráulica es una variedad de máquinas de fluidos que se emplea para su funcionamiento las propiedades de un fluido incompresible o que se comporta como tal, debido a que su densidad en el interior del sistema no sufre variaciones importantes.